Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Количественная оценка и прогноз устойчивости склонов с учетом механизма оползней на равнинных и предгорных территориях

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Количественная оценка и прогноз устойчивости склонов с учетом механизма оползней на равнинных и предгорных территориях"

/Iл

Министерство геологии СССР Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕШНГЕС)

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ С УЧЕТОМ МЕХАНИЗМА ОПОЛЗНЕЙ НА РАВНИННЫХ К ПРЭДГОРНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология,мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Тихвинский Игорь Олегович

УДК 624.131.543

Москва - 1989

¿/¿¿Л /'3$

Министерство геологии СССР Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕШНГЕО)

На правах рукописи Тихвинский Игорь Олегович

УДК '624.131.543

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ С УЧЕТОМ МЕХАШЗМА ОПОЛЗНЕЙ НА РАВНИННЫХ И ПРЕДГОРНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Специальность 04.00.07 - йгяенерния геология,мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва - 1989

Работа выполнена в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) НПО "СтрсЗизыскания" Госстроя РСФСР.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук В.С.Федоренко; доктор геолого-ыинералогических наук, профессор К.Ш.Шадунц; доктор технических наук, профессор А.М.Гальперин.

Ведущее предприятие - Всесоюзный ордена Ленина проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт Гидропроект им. С.Я.Дука.

Защита состоится " " 1989 г. в 10 час.

на заседании специализированного совета Д.071.П.01 при ВСЕ1ИНГЕ0 по адресу: 142452, Московская обл., Ногинский р-н, п/о пос. Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолото-минералогических наук М.С.Галицын

3

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации обусловлена не-юлнотой разработки проблемы количественной оценки и прогноза устойчивости склонов. Нарушения устойчивости склонов природного фоисхождения и искусственных (откосов), выражающиеся в образова-ши оползней, причиняют огромный материальный ущерб, а иногда при-юдят и к человеческим жертвам. Особое значение проблема коли-[ественной оценки и прогноза устойчивости склонов приобрела в теге ние двух последних десятилетий. Причиной явилось превде всего зезко распшрившееся хозяйственное освоение оползнеопасных скло-шв, что в свою очередь вызвана нарастающим дефицитом свободных шощадей, используемых под застройку. Кроме того, участились слу-гаи деформирования склонов вследствие усилившегося воздействия геловека на геологическую среду. Важность изучения оползневых и jpyiMx опасных геологических процессов многократно отмечалась в ;окументах Коммунистической партии и правительства Советского Зоюза, в том числе в "Основйых направлениях экономического и со-диального.развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 roía".

25-30 лет назад при инженерно-геологических изысканиях как зравило было достаточно получить ориентировочную, качественную карактеристику опасности оползания, что позволяло определить гра-яицы оползнеопасной площади и рекомендовать не использовать ее лод застройку. Ныне для оползнеопасных территорий почти всегда требуется количественная характеристика устойчивости склонов с определением механизма деформирования, площади и глубины распространения деформаций, времени начала и скорости оползневых смещений, с оценкой как местной, так и общей устойчивости каждого конкретного склона или откоса.

До настоящего времени методы оценки опасности оползания имелись преимущественно для отдельных уступов и откосов простого геологического строения применительно практически только к одному из натурных механизмов деформирования (к смещениям в виде сдвига). Несомненный прогресс в данном отношении представляет направление, развиваемое К.А.1Улакяном и заключающееся в прогнозе вязкопластических деформаций не расчетным способом, а на моделях из термопластических эквивалентных материалов» Выполнявшаяся в отдельных случаях оценка устойчивости высоких натурных склонов всегда представляла собой специальное фундаментальное исследова-

ние (Г.С.Золотарев - оценка устойчивости склонов сложного reo гическсго строения с использованием геологических методов, мо лей из традиционных эквивалентных материалов и метода конечны элементов; К.А.ГУлакян - изучение деформирования склонов моде рованием на термопластических эквивалентных материалах, и др. Комплексной системы методов, позволяющей изыскательским орган циям решать всю совокупность задач по прогнозу устойчивости с нов, не имелось. Однако такая система крайне необходима, т.к. лишь на ее основе при инженерно-геологических изысканиях моле быть получено представительное обоснование рационального испо зования и инженерной защиты оползнеопасных территорий.

Цель, задачи и объекты иссле в а н и й . Цель исследований состояла в решении проблемы к чественной оценки и комплексного прогноза устойчивости склоно учетом механизма деформирования для обоснования рациональной тивооползневой защиты. Основными задачами исследований являли

1) анализ методов количественной оценки и прогноза устой вости склонов и откосов в отношении отражения ими особенносте развития оползневых деформаций;

2) выявление закономерностей формирования оползней розно механизма;

3) раскрытие последовательности деформирования склонов и оценка достоверности аналитических методов расчета устойчивое на основе физического лабораторного моделирования;

4) создание системы количественного локального прогноза тойчивоста склонов с определением возможности развития оползн разного механизма и оценкой последствий оползневых подвижек;

5) совершенствование методики инженерно-геологических из каний на оползнеопасных территориях;

.6) развитие методики регионального прогноза оползней.

В качестве объектов исследований использованы оползневые склоны в различных регионах СССР (Поволжье, Черноморское побе нье СССР, Западная Сибирь, Молдавия, Армения и др.), представ тельных в отношении проявления оползней разного механизма.

II а защиту выносятся следующие основн научные положения диссертационной работы:

закономерности натурных смещений коех основных типов по

:зму с отражением принципиальных различий оползнеь -твигэ, вы-вливания, вязкопластических, гидродинамического разрушения, вне-пного разжижения, определяющих способы расчета устойчивости и личественного прогноза последствий оползания;

оценка достоверности методов расчета устойчивости по резуль-тзм экспериментов на моделях из эквивалентных материалов, позлившая трансформировать способы расчетов применителънокразрушв-ю склонов оползнями сдвига;

методология количественной оценки и комплексного прогноза ус-йчивости склонов, предназначенная для определения возможности разования и параметров оползней разного механизма;

принципиальные особенности и методические приемы инженерно-ологического обоснования строительства и защитных мероприятий, зволяющие определять состав,особенности проведения и деталь-сть изысканий на оползнеопасных территориях;

развитие методики регионального прогноза оползней на основе едложенного способа расчета исходных вероятностей при использо-нии метода оползневого потенциала.

Научная новизна работы заключается в едующих основных результатах:

- применительно к задачам количественного прогноза устойчи-зти склонов выявлены типичные особенности развития натурных олзней, отличающихся механизмом смещения;

- разработана система количественной оценки и комплексного сального прогноза устойчивости склонов, включающая определе-

э возможности деформирования оползнями разного механизма и спо-5ы прогноза размера оползней (по площади и в глубину), величии скорости их перемещения, сроков возникновения оползневых цвижек;

- обоснованы рекомендации по использованию расчетных метс-

э при прогнозе оползней разного механизма, в том числе по рзз-5отанным автором способам расчета длины зоны формирования суф-шоннвх оползней , местоположения вала шпора при оползнях вы-эливания, скорости смещения оползней сдвига и выдавливания, а же по расчету срока начала оползневых смещений;

- проведена экспериментальная проверка достоверности методов :чета устойчивости склонов и определения ширины захвата при формировании склонов срезающими оползнями сдвига;

- усовершенствована методика инженерно-геологических изыс каши: на оползнеопасных территориях в отношении конкретизации задач, состава и детальности исследований, а также использован обрптиих у. контрольных расчетов устойчивости склонов;

- рнзрьоотчн способ пясчета глубины захвата оползневых см пений по сопоставлению профилей рельефа до и после подвижки оп ня;

- в развитие метода оползневого потенциала предложен нови (мосоо определения вероятностей факторов оползнеобразования, п волящий конкретизировать региональный прогноз оползней.

Внедрение результатов работы их практическое значение. Основные п ложения разработанной системы количественной оценки и прогноза устойчивости склонов вцлючены в ряд нормативных и методических документов: "Инструкцию по проектированию и строительству прог вооползневых и противообвальных защитных сооружений" СН 519-7£ (Стройиздат, М., 1981), Главу СНиП 1.02.07-87 "Инженерные изыс ния для строительства" (Стройиздат, М., 1988), "Инструкцию по проектированию освоения и инженерной защиты оползнеопасных те{ торий, населенных пунктов и народно-хозяйственных объектов Ущ инской ССР" ГСП 333-83 (Госстрой УССР, 1983), "Рекомендации пс производству инженерно-геологических изысканий для проектировг п строительства дымовых труб" (НИИОСП Госстрой СССР, М., 198.1) "Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям на оползне вых склонах Северного Кавказа с целью их хозяйственного освоен (Стройиздат, М., 1983), "Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов" (Стройиздат, М., 1984).

Результаты выполненных исследований внедрены также при рг работке инженерно-геологического обоснования защитных меропри* тий ряда конкретных объектов, в том числе при составлении гене ральной схемы инженерной защити правого берега Волги в г.Волге граде и проектировании противооползневых мероприятий в г.Ульяновске (на территории Ленинской мемориальной зоны и на участке моста через р.Волгу). Экономический эффект от двух частных внедрений методических разработок автора составил 419 тыс.рус

Исходные материалы и личный клад в решение проблемы. Основой ссертационной работы послужили результаты полевых исследова-й, теоретических и методических разработок, выполненных сог-сно плану научно-исследовательских работ лично автором и под 'о научным руководством в ПНИИИСе за период с 1966 по 1988 гг. пользованы также анализ публикаций по данной проблеме и резуль-ты экспериментов на моделях, осуществленных по хоздоговорам бораториями геологического факультета МГУ х геолого-географи-ского факультета' Одесского университета з составе тематичес-х работ, выполнявшихся ПНИИИСом.

Личный вклад автора заключается в непосредственном прозеде-и исследований и осуществлении методического руководства поле-ми, лабораторными и камеральными работами при выполнении науч-х тем, связанных с рассматриваемой проблемой; в систематиза-и и интерпретации полученных результатов; з разработке новых особов расчета параметров, характеризугодах проявление ополз-й выдавливания и суффозйонных и глубину оползневого захвата; усовершенствовании методики обратных расчетов устойчивости, года оползневого потенциала, методики инженерно-геологических иканий на опоязнеопасных территориях; в составлении оригиналь-15 системы количественной оценки и комплексного прогноза устой-вости склонов.

Публикация и апробация работы, теме диссертации опубликовано более 60 научных работ, в том зле "Рекомендации по количественной оценке и прогнозу устой-зости оползневых склонов" (Стройиздат, 1984), монографии "Гео-?ические и зоналвноклиматические особенности формирования элзней" (Наука, 1984) и "Оценка и прогноз устойчивости сяолз-зых склонов"(Наука, 1988), разделы монографий "Инкенерно-гзз-гический анализ применения противооползневых мероприятий на ;номорском побережье Крыма м Кавказа" (Строй;:здэт, 1976), >лговременные прогнозы проявления экзогенных геологических здессов" (Наука, 1985) и "Теоретические основы инженерной гес-:тга. Социально-экономически о аспекты" (Недэа, 1935).

Основные положения диссертации докладывались на 23 научных ¡ещаниях, конференциях, симпозиумах, в том числе на Мэждуна-[ном симпозиуме "Инженерно-геологические свойства пород и про-сы в них" (Москва, 1971), Всесоюзных конференциях по инженер-

ной геологии (Тбилиси, 1972; Ленинград, 1976; Свердловск, 19& Международном симпозиуме "Оползни и другие движения масс" (Пр; 1977), симпозиумах "Современные методы прогноза оползневого П] цесса" (Москва, 1978) и "Проблемы классифицирования гравитацзл процессов" (Москва, 1982), 27-ом Международном геологическом ] рессе (Москва,' 1984), Первом Всесоюзном съезде инженероз-геол! гидрогеологов и геокриологов (Киев, 1988).

На всем протяжении исследований по диссертационной теме ; ру сопутствовало благожелательное отношение коллег по специал: ти и по работе, всем им автор глубоко признзтелен. Наиболее т( и плодотворные научные контакты поддерживались автором с отде. общих теоретических и региональных инженерно-геологических ис< дований ВСЕГИНГЕО, кафедрами инженерной геологии Московского 1 Одесского университетов, Лабораторией геомеханики АН Армянско! ССР. Автор очень благодарен всему коллективу отдела инженерно-логических процессов ПНИШС Госстроя РСФСР и директору ПНИИИС тору геолого-минералогических наук В.В.Баулину за постоянную ) держку и помощь в работе. Особую признательность автор выража( профессорам Г.С.Золотареву, А.И.Шеко и Ф.В.Котлову, доктору г( лого-минералогических наук В.В.Кюнтцелю и кандидату геолого-м] ралогических наук П.В.Цареву, любезно согласившимся просмотре' рукопись диссертации и сделавшим ценные замечания по ее содерг

Объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, им< текст объемом 252 стр., 18 таблиц, 57 рисунков, список литера1: из 351 наименования, приложение (документы о внедрении).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глзвэ I. Оползневые классификации и их роль в прогнозе устойчивости склонов

Классифицирование оползней выполнялось многими исследова: ми по разным ведущим признаком - генезису, морфологии и разме; оползневых смещений, их механизму, приуроченности к определен! ко",';ллчсак горных пород, скорости движения и др. Наиболее обет тельные обзора классификаций оползней составлены Е.П.Емельянга (1972, 1935), В.Д.ломтадзе (1977), Г.С.Золотаревым (1983), ГЛ Тер-Сгспачянпы (1985), Н.^.Петровым (1987). Для решения задач кального прогноза устойчивости «ионов наиболее полезны класср кании пс механизму оползней, т.к. результаты оползания неодно; нк пр;: смешениях разного механизма.

Классифицирование оползней по их механизму; ответвлялось Шарпом, Г.С.Золотаревым, Д.Дк.Варнесом, П.Н.Панюковым, А.М.Де-ным, В.Д.Ломтадзе, Н.Н.Масловам, В.В.Кюнтцелем и многими други-авторами; наиболее полные классификации опубликованы М.К.Рзае-й (1969), а также К.А.ГУлакяном и В.В.Кюнтцелем (1970).

На основе классификаций названных исследователей автором дис-ртации составлена схема типизации, включающая следующие типы и дтипы оползней по механизму: оползни сдвига (скольжения) - сре-ющие, консеквентные и срезающе-консеквентные; выдавливания; зкопластические - оползни-потоки, сплывы и оплывинк; гидродина-ческого разрушения - суффозионные и гидродинамического выпора; езапного разжижения - несейсмогенного и сейсмогенного разжиже-я; комбинированного механизма. Типизирование выполнено тагам разом, чтобы каждому типу и подтипу оползней соответствовали ецифические особенности расчетов устойчивости и прогноза ополз-вых подвижек. В диссертации освещены характерные условия всзнип-вения каждого из перечисленных типов (подтипов) оползней.

При региональном прогнозе устойчивости склонов целесообразно пользовать преимущественно классификации по механизму, глубине хвата и по объему (масштабности) оползневых смещений.

Глава 2. Обзор методов локальной оценки устойчивости склонов и локального прогноза оползней

Для количественной оценки устойчивости склонов и прогнозиро-ния оползней в локальном аспекте применяются следующие основные тоды (группы методов): сравнительно-геологические, геологичес-го подобия, механико-математические, стохастические (вероятност-е), лабораторного моделирования.

Использование методов сравнительно-геологических р геологи-ского подобия и стохастических затруднено сложностью получения едставительного количества исходных натурных данных и выбора итериев подобия, а также условностью определения запаса устой-вости непредельных склонов. Стохастическими методами определить эффициент устойчивости таких склонов практически невозможно, т.к. стоверные корреляционные зависимости могут быть получены лишь я предельного состояния натурных склонов.

Механико-математические методы основываются на какой-либо зической модели (принципиальной схеме) разрушения склона опол-нием и на соответствующей математической зависимости (методе, особе расчета) для определения степени устойчивости склона и угих параметров, характеризующих оползневой процесс.

Почти все механико-математические методы расчета устойчивое ти разработаны для условий плоской задачи применительно к деформированию склона оползнями сдвига, частично оползнями выдавливания. В отношении нарушения усто*. ^'.вости оползнями другого механизма способов расчета не имеется, за исключением некоторых методических предложений (Тихвинский, 1984 и др.).

Среди механико-математических методов расчета устойчивости различаются две основные группы. В первой напряженное состояние рассматривается во всем объеме грунтового массива - это методы, основанные преимущественно на теории В.В.Соколовского. Они позволяют находить расчетом форму профилей предельных "равноустойчи-вых" уступов и откосов, но эти профили существенно отличаются от очертания натурных уступов.

Вторую группу составляют многочисленные методы и их варианты, рассматривающие соотношение сил по определенной потенциально! поверхности (в плоской задаче - по линии) скольжения; практически все они используют закон Кулона. Из этой группы для склонов однородного строения, при горизонтальном залегания пород или при паде нии их вглубь склона применяется метод "круглоцилиндрической поверхности скольжения" (В.Феллениус, К.Терцаги, Д.В.Тейлор, М.Н. Гольдштейн, Г.И.Тер-Степанян, А.Бишоп, И.В.Федоров, Д.Н.Хатчинси и др.). Для склонов любого строения используется ряд других методов, включая наиболее простые методы "прислоненного откоса" и "а; гебраического сложения сил". К тону же ряду относятся методы Мас-лова - Берера и Ю.И.Соловьева, которые теоретически правомерны только в нереальном случае предельного состояния в каждом расчет-ком отсеке.

В названных методах второй группы силы взаимодействия по боковым граням расчетных отсеков приняты равными нулю. Учет такого взаимодействия осуществлен в методах "многоугольника сил" (Г.И Шахуняиц, Г.Л.Фисенко) и Р.Р.Чугаева, однако при весьма условных допущениях об угле наклона этих сил.

Рыиепроанализированные методы второй группы являются упрощенны ли и не отвечают хотя бы одному из трех основных предельных услогл'1 статического равновесия. Предложены и так называемые "ста1 лчески точные" методы, исходящие из удовлетворения всех трез условий равновесия - "вариационный" (Дорфман, 1965, 1984 и др.) г "общий метод расчета устойчивости" (Можевитинов, Шинтемиров, 1970), но они содержат допущения, не позволяющие говорить об их

строгой теоретической правомерности. В обоих методах предельное состояние принимается наступающим одновременно по всей поверхности скольжения, что не отвечает натурному деформированию. Крайне условны также способ определения параметра ^ , ограничивающего соотношение тенгенциальных и удерживающих сил по боковым граням отсеков ("вариационный метод"), и допущение одинакового наклона силы взаимодействия между отсеками для всего предельно устойчивого массива ("общий метод расчета").

Специальный метод расчета устойчивости при наличии оползней выдавливания предложен Г.М.Шахунянцем (1961). Согласно этому методу малоарочный слой продавливается под перекрывающими его породами по всей длине оползня; однако в натуре выдавливание ограничено зоной нового закола. Особенности развития оползней выдавливания позволяют использовать для расчета их устойчивости метод прислоненного откоса (Тихвинский, 1984.и др.).

Для расчета напряженного состояния и устойчивости склоное применяется расчетный метод конечных элементов, широкое употребление которого сдерживается трудоемкостью расчетоп и ограниченностью сферы применения (только для упругого голояяия грунтов).

Лабораторное моделирование может применяться для определения напряженного состояния массивов пород (аналоговое и физическое моделирование) и изучения развития оползневых деформаций (физическое моделирование). Физическое моделирование оползания оправдано только при изысканиях под особо ответственные объекты ( вследствие большой трудоемкости и сложности соблюдения подобия модели и натурного склона). В то же время моделирование на эквивалентных материалах успешно применялось для оценки устойчивости склонов сложного геологического строения и прогноза вязкопластических оползней (Г.С.Золотарев, К.А.ГУлакян и др.).

Изложенное позволяет рекомендовать для широкого использования в инженернс-геолсгических изысканиях механико-математические методы. При этом ввиду неочевидности достоинств сложных методов для расчетов устойчивости при рядовых изысканиях целесообразно применять преимущественно наиболее простые методы алгебраического сложения сил и прислоненного откоса, а в определенных условиях -метод круглоцилиндрической поверхности скольжения и графики для предельноустойчивых уступов. Если склоны деформируются оползня?«! сдвига, метод прислоненного откоса является универсальным для любой формы поверхности скольжения и позволяет легко учитывать гоз-

действие подземных вод и изменения прочности пород по мере деф мирования (при известной или заданной локализации указанных из менений к началу основного смещения); расчетная формула метода удобна и для выполнения обратных расчетов устойчивости.

Глава 3. Особенности деформирования склонов оползнями разного механизма

В качестве типичных примеров охарактеризованы следующие о лзневые смещения, наблюдавшиеся в разных регионах СССР - ополз сдвига, срезающие (два оползня правого берега Волги: Ульяновск "альбский откос", 1979 г.: Горьковская обл., сан."3именки",198 г.) и консеквентные (Ульяновск, Свияжский склон, 1961 г.; Сэра Соколова гора, 1968 г.- см.рис. I), оползни выдавливания (Одес ХП оползневой амфитеатр, 1964 и 1965 гг.), вязкопластические оползни (Ульяновск - спуск Железной дивизии, 1957 и 1970 гг.; нее Пролетарского спуска, 1915-1969 гг.}, оползни падродинамич кого разрушения (оползни суффозионного механизма - Ульяновск, ловьев овраг, 1965 г.; Дилнжан Армянской ССР, 1977 г.; Курган, 1983 г. - см.рис. 2), оползни внезапного разжижения (Узбекиста Таджикистан, описаны по материалам Р.А.Ниязова, 1974, 1985 и д оползень комбинированного механизма (Волгоград, берег Волги ни устья р.Ельшанки, 1969 г.).

Отмечены следующие наиболее характерные особенности смеще разного механизма. Дяя срезающих оползней сдвига - возникновен на уступах, ^десятилетиями сохранявших предельную крутизну до н чала оползания; образование трещин закола за несколько дней до основного смещения; перемещение тела оползня сопоставимо по ве личике с высотой исходного уступа. По консеквентным оползням сдвига - поверхность скольжения проходила преимущественно по п дошг"- ранее имевшихся оползневых накоплений, оползание охватыв участки с небольшими средними уклонами рельефа (до 6-7°); пере] щения во времени кавдой подвижки незначительны (первые метры); после подвижки тело оползня не приобретает заметного запаса ус чи2>:тп и велика возможность повторных смещений, особенно при 1е-.чогенных воздействиях. В отношении оползней выдавливания -процесс выжимания (выдавливания) слабопрочного слоя происходит только в пределах блока нового оползневого закола у бровки скл и охватывает лишь Ь~1% объема этого блока, ниже по склону смещ ние происходит в виде сдвига по подошве ранее имевшихся на скл

(Жк шиш7 В« В'*

I . Схематический геологический разрез гю оси оползня 1968 г. псолоЕой горе в г. Саратове

- приподошвшшая полоса верхней части склона; Б - площадка про-|й поверхности зешш в головной части оползня 1968 г.; В - основ-гасть массива оползня 1968 г., надвинувшаяся на нижнуюю оползне-тупень: Г - нижняя оползневая ступень; 1 - юрские (оксфордские) (Лох); 2 - барремскив-поски (ьь,); 3 - барремские ((о ъ?) и ие Г к, ар,) глины; 4 - нижняя пачка апта: слабые песчаники я нестар,), смещенный по горизонтали массив нижнемелодах пород: 5 -чскйх глин, 6 - по под нижней пачки апта; 7 - смощошше оползня-эки кикнемвлошх глин; 8 - перемятые ополэнэвае глявд и суглин-- пески современного аллювия; 10 - уровень грунтовых еод; II, профиль склона до (Л) и после (12) подвижки оползет 1968 г.; 13 -ва оползня 1968 г. (в том числе подошва массива, надвинувшегося «пою оползневую ступень); 14 - векторы смещения при подвижке 1я 1968 г. и их масштаб

ií^e.r«^ b

Cx/i CHS.Í! CKS.10 Cnte

эдрда,,

шш

SMS ЕЗвСПЗл^/'ЕЗйЕЗвШмВ«'

Рис. 2. План-схема участка оползня 1983 г. в .г.Кургане и геологические разрезы по линиям А-А | и Б-Б

I - бровка берегового уступа; 2, 3 - бровка борта опоАзневой котловины соответственно через день и три дня ¡после возникновения оползня; 4 - граница тела' оползня; 5 - ^рез реки; 6 -скважины; 7 - линии геологических разрезов; 8 тело оползня, суглинки с нарушенной структурой (</р Q)у ); 9 j- современный аллювий, пески ( aQ|y ); ю - лессовидные суглинки надпойменной террасы, лессовидные суглинки (&£}ц_|ц );.И - среднечет-вертгчные озерно-аллювиалышс отложения, суглинки и глины со слоями песков (ZaQn ); 12, 13 - уровень грунтовых вод соответственно в 1983 и 1970 гг.; 14 - профиль берега до возникно-н.;:: . оползня; 15 - уровень р.Тобол. j

'ползневых накоплений. Дяя вязкопластических оползней - подвижки тмечаются в относительно малоуплотненных накоплениях, обводненных неимущественно в течение всего годового цикла, возникновение под-жжек связано в основном с сезонным увеличением фильтрационных ил, по устойчивости тела временно стабилизировавшихся вязкоплас-'ических оползней обычно близки к предельному состоянию. Оползни тадродинамического разрушения характерны смещением обводненных по-юд с последующим растеканием; при этом в случае оползней суффози-1ННОГО генезиса вслед за первоначальным оползанием происходят в щде последовательных циклов обрушения суффозионных ниш с продви-:ением головы оползня вверх по потоку подземных вод,обрушившийся 1атериал суффозионных ниш образует стекающее по уклону рельефа шжиженное оползневое тело. Для оползней внезапного разжижения, :аблюдавшихся в обводненных лессовых породах Средней Азии, типично юзникновение на начальном этапе срезающего оползня сдвига в при-ровочном уступе склона с разжиганием отчленившейся массы и быст-|ым ее движением по склону в виде вязкого течения. Наконец, как ример оползня комбинированного механизма описана подвижка, при :оторой сочетались деформации сдвига (в головной части оползневого ела) и вязкопластического течения.

Охарактеризованные особенности формирования оползней разно-■о механизма позволяют рекомендовать определенные способы расчета стойчивости и прогноза последствий оползания. 3 частности, для ползней выдавливания правомерно использование тех же расчетных етодов, что и для оползней сдвига. Прогноз опасности возникнове-ия оползней суффозионных и внезапного разжижения целесообразно ыполнять применительно к определению (расчетом устойчивости) воз-ожности разрушения первоначальным оползнем сдвига крутого уступа зоне разгрузки подземных вод.

Глава 4. Использование лабораторного моделирования для проверки методов расчета устойчивости склонов и прогноза оползней

С целью уточнения особенностей деформирования склонов срезаю-даи оползнями сдвига проведены несколько серий опытов на моделях з 6 смесей эквивалентных материалов. Опыты выполнялись лаборато-иями Московского и Одесского университетов в составе комплексных ем, разрабатывавшихся ПНИИИСом; их результаты обобщены в публика-иях (Тихвинский, Мамаев, 1984; Тихвинский, 1988). Моделировались

склоны (уступы) однородного строения с прямолинейным профилем рельефа. Высота склонов в пересчете на натуру - от 13 до 65 м, предельная крутизна - от 41 до ^4°. Эксперименты осуществлены в МГУ на поворотной стендовой установке, Одесским университетом -на жестко закрепленном стенде. Параметры смесей эквивалентных материалов приведены в табл.2.

Исследования выявили ряд охарактеризованных ниже особенностей деформирования моделей (параметры даны в пересчете на натуру)

Образование деформаций оползневого типа на моделях склонов развивались сверху вниз и начинались с образования на прибровоч-ной площадке вертикальных заколов, располагающихся в 10-20 м и да лее от бровки склона и проникающих зглубь массива до Юм. Появление заколов отмечалось при крутизне склона 40° и более. После деформирования в моделях прослеживались три характерных зоны: тело оползня, зона трещин скола и зона влияния оползневых деформаци (ниже поверхности скольжения). Последняя из названных зон выделяется по наклону вертикальных линий тензометрической сетки.

Получена эмпирическая зависимость предельной крутизны склонов от их высоты в отношении возникновения трещин закола и начала основного смещения оползня. Появление заколов происходило при крутизне склона на 5-18°(преимущественно на 9-11°) меньше наблюдавшейся в начале основного смещения оползня.

Форма подошвы оползающих масс оказалась близкой к круглоци-ливдрической. Вертикальный уступ у верхнего края поверхнаги отрыва образовался только на склонах из материала со сцеплением 0,15 МПа; при сцеплении 0,02-0,04 МПа наклон верхней части поверхности отрыва был близок к (45° + ; где ^ - угол внутреннего трения градусы, дня пород, слагающих массив склона.

Данные моделирования были сопоставлены (см.табл.1) с результатами обратных 'расчетов устойчивости по графикам А.М.Демина (1973), П.Д.Лобасова и методом прислоненного откоса (величина угла внутреннего трения при расчете принималась равной соответствую щему показателю эквивалентного материала) и с расчетом ширины площадки захвата по Г.Л.Фисенко (1965).

Гзилучшее соответствие теоретических и экспериментальных да» ных отмечалось при использовании графика А.М.Демина. Расчеты по графику П.Д.Лобасова и методом прислоненного откоса дали величину сцепления примерно вдвое меньше сцепления эквивалентного материал Определенная расчетом по Г.Л.Фисенко ширина захвата составляла

Т&илиш .1

Сопоставление расчетных данных с результатами моделирования

н.) экЕИвилошсных матерв^лих (параметры даны в перегнете пи натуру)

Параметры эквивалентного |Оаноаоиие параметров, определенных рисогои, к п--у."Л".етр::: мэделп3^

материал:! Отнопсние величин сиепления при р г. зтгх : П'„ ■соо^х Сопо^ •п-влинве

угол ену'х- ицеплс-* Шют- расче та и захвата ет по Г.Л. ко)

реннего трения, град. ние, кПа нооть, г/см3 Расче ку А. т по грацЛ-Ленина т, Расчет по гра:^ П.д.Лобасояа ::у| Расчет ' приело: кос;. пеуо_;ог. -¿иного 31- (р,;сч -шее!

23 150 1,94 0,85 - 1,22 0,42 - 0,57 0,27 — 0,49 0,77 - 0,95

1,02 (5) 0.49 (5) 0,38 (4) 0,СЗ (3)

'¿и 33 1,58 1,03 - 1,18 0,52 - 0,57 0,39 — 0,52 0,32 ^31

1,07 (4) 0,54 (4) 0,45 (3) . : 1,14 (4)

27 26 1.58 1,15 - I ,оо 0,68 - 0,89 0,52 - 0,92 0,50 - 1,09

1,45 (8) 0,74 (8) 0,78 (3) 0,67 (8)

23 22 '¡1,65 1,23 - 1,50 0,64 - 0,80 0,50 - 0,62 0,39 - 1,00

1 1,37 (6) 0,71 (6) 0,09 (4) 0,"2 (6)

31 40 1 1,60 0,90 - 1.25 0,53 - 0,73 0,10 — 0,53 0,а2 - 1,54

1,06 (5) - 0,53 (61 ... 0,43 и) 0, "3 (6)

35 22 ! 1.62 1,18 - 1.41 0,64 - 0,73 0,59 _ 0,59 0,37 - 1,05

1 1,36 (5) 0,69 ,(5) 0,59 -...... 0,65 (5]

х) значения минимальное - иаксипальпое среднее (число определений)

0,32-2,31 по отношению к замеренной при экспериментах.

По результатам моделирования можно сделать следующие основные выводы.

1. Расчет устойчивости уступов однородного строения с профилем, близким к прямолинейному, предпочтительнее выполнять на основе графика А.М.Демина. Использование с той ке целью графика П.Д.Лобасова допустимо, но с обязательным уменьшением расчетной величины сцепления вдвое по сравнению со сцеплением для образцов с ненарушенной структурой.

2. При величие сцепления породы, слагающей массив склона, порядка 0,1 МПа и менее вертикальный угол в верхней части поверхности скольжения не выражен.

3. Удаленность поверхности оползневого отрыва от верхней бровки склона колеблется в значительных пределах в сравнении с шириной захвата, рассчитанной по Г.Л.Фисенко. Поэтому при оценке устойчивости конкретного склона целесообразно выполнять серию расчетов применительно к возможности разной ширины захвата.

4. Появление трещин закола значительно ранее момента возни..-новения предельного по устойчивости состояния склона свидетельствует о разрушении структурных связей грунта в верхней части склона до начала основного смещения оползня.

5. Исследование на моделях из эквивалентных материалов перспективны для дальнейшего уточнения механизма оползней, а также для проверки и совершенствования расчетных способов оценки устойчивости склонов и прогноза ряда параметров, характеризующих ополз неше смещения. Для усовершенствования методов количественного прогноза вязкопластических оползней целесообразно применять модели из термопластических эквивалентных материалов. .

Глава 5. Система количественной оценки и комплексного прогноза устойчивости склонов

Система количественной оценки и прогноза устойчивости склонов, требуемая для инженерно-геологического обоснования хозяйстве ного использования оползнеопасных территорий, должна обеспечивай полноту и точность результатов прогнозирования особенностей деформирования склонов в локальном аспекте, учитывать реальные возможности применения в широкой практике инженерных изысканий способов опенки и прогноза, входящих в систему.

Предлагаемая система включает операции по определению следуя: щих характеристик деформирования: I) возможность оползания на рас сматриваомом склоне; 2) места ожидаемого проявления и размеры

рогнозируемых оползней по глубине захвата, площади и объему; 3) еличины и скорости оползневых смещений; 5) время до момента обра-ования каждого ожидаемого оползня; 6} косвенные последствия ополз-евых деформаций.

Возможность оползания определяется с учетом ого механизма, опрос о механизме оползня решается преимущественно на качеотзен-ом уровне посредством сопоставления инженерно-геологических усло-ий рассматриваемого склона и его элементов с условиями, типичными ля развития оползней определенного механизма.

Места ожидаемого оползания- выявляются последовательным опре-елением устойчивости: I) имеющихся на склоне крутых уступов и от-осов; 2) оползневых накоплений (для всей площади их распростра-ения и отдельных морфологических элементов); 3) склона в целом с хватом прилегающей к его верхнему краю прибровочной полосы.

Оценка и прогноз устойчивости каждого склона выполняются ана-огичными способами. Отличие прогноза устойчивости заключается в редварительном прогнозировании изменений инженерно-геологических словий и воздействий на склон для периода строительства и послодую-ей -эксплуатации проектируемого объекта. Операции по прогнозу ус-ойчивости охарактеризованы в табл. 2.

Прогноз оползней сдвига и выдавливания предлагается осуществить в основном методом прислоненного откоса. При этом на уступах, низких к предельному состоянию, при определении возможности срозаю-IX оползней сдвига в верхней половине поверхности скольжения ве-1чину сцепления грунта рекомендуется принимать равной нулю (см.гл. ). Ввиду того, что согласно моделированию и наблюдениям за натурны-з оползнями ширина оползневого захвата "а" часто превышает (лре-лущественко до двух раз) величину, полученную расчетом по Г.Л. «сенко, построение потенциальных опасных поверхностей скольжения злесообразно выполнять для двух вариантов ширины захвата - "а" и 2« ".

Возможность подвижек вязкопластических оползней предлагается зределять расчетом с применением метода алгебраического сложения и, сравнивая суммарную прочность элементарных участков подошвы по-гнциального оползня (вычисляется, исходя из величины порога ползу-;сти) с суммой сдвигающих усилий для тех же участков.

Прогноз образования оползней суффозионных, гидродинамического ¡пора и внезапного разжижения должен осуществляться с учетом сило->го воздействия подземных вод. В соответствии с натурными особен-зстями формирования оползней суффозионных и внезапного разжижения югноз их возникновения сводится к прогнозу первичных смещений, от-

Таблица 2

Схема операций по прогнозу устойчивости склонов

Схемы прогнозируемого оползания

Задачи прогноза

Способы выполнения прогноза

I, прогаоз УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СКЛОНА Прогноз ожидаемых из- IКоличественная характеристика изменений гидрогео-

менений инженерно-геологических условий

Оползневые накопления

Прогноз возможности подвижек оползней сдвига

Прогноз возможности подвижек оползней вяз-копластических,гидродинамического разрушения и внезапного разжижения

логических условий, свойств пород и рельефа с учетом стационарных наблюдений и специальных расчетов

Расчеты устойчивости элементов склона по потенциальным поверхностям скольжения (согласно рисунку -по поверхностям 1-6)

м о

Этапы: I.Качественный прогноз возможности оползней разного механизма

2. Расчеты устойчивости при прогнозе: вязкопласти-ческих оползней - с учетом прогноза ползучести; оползней гидродинамического разрушения и внезапного разжижения - проверка возможности первоначальной подвижки сдвигового типа с учетом фильтрационных и динамических нагрузок

I 2 | 3

х о Потенциальные § погерхности^капьлеи«я 5 ПрофДОЬ После \\ Сяалзве&ые Лтг ' оползания \\ накоплении 1 „ (прогноз) \\ Малопрочные несмещенные Мины — п. прогаоз устойчи Прогноз возможности одновременного оползания всего склона с захватом нагорной прибровочной полосы ВОСТИ ВСЕГО СКЛОНА Этапы: I. Проверка возможности выдавливания по формуле Г.Е.Паукера. 2. Проверка расчетом возможности смещения всего склона (поверхность I). 3. Расчет устойчивости для проверки возможности оползня сдвига с подошвой ниже оползневых накоплений (поверхность 2)

Ш. ПРОГНОЗ ПОСЛВДСТВИ Й ОПОЛЗАНИЯ (включая о Прогноз границ зоны формирования и глубины захвата оползневых смещений Прогноз границ зоны выдвижения оползня ползни вне площади проектируемого объекта) Расчеты устойчивости (при прогнозе оползней сдвига, выдавливания, гидродинамического выпора)3^, моделирование на эквивалентных материалах (при прогнозе оползней вязкопластических, сдвига, выдавливания)20^, специальные расчеты границ зоны выпора оползней выдавливания и зоны формирования суффозионных оползней Расчет устойчивости из условия потери структурных связей пород по подошве оползня (оползни сдвига, выдавливания)*', моделирование на эквивалентных материалах^ (оползни вязкопластичес-кие, реже для оползней сдвига и выдавливания)*)

Окончание табл. 2

"'Прогноз срока нача- Для стабильных участков - расчет устойчивости ла оползания согласно прогнозу поэтапного изменения инженерно-

геологических условий. При установившейся или прогрессирующей ползучести склона - по М.Саито, соответственно логарифмическим или графоаналитическим методом

Прогноз скорости оползания

Расчет специальным способом (оползни сдвига и выдавливания), расчеты по формулам вязкопласти-

ческого течения (вязкопластические оползни)

х)

Прогноз прямых пос- Определение ожидаемых разрушений и аварий для ледствий оползания сооружений в зонах формирования и выдвижения прогнозируемого оползня

Прогноз косвенных последствий оползания

Анализ: I. Последствий, которые проявляются и за пределами прогнозируемого оползня (после разрушения оползнем электрических,газовых.водопроводных и канализационных сетей, продуктопроводов и др.).

2. Возможность подпруживания оползнем водотока (с определением границ зоны затопления и опасности прорыва оползневой запруды).

3. Опасности возникновения водяного вала при быстром смещении оползня в акваторию

Используется также метод аналогии для оползней любого механизма.

эсящихся по механизму к сдвигу (см.гл.3),с использованием мето->в, применяемых для оползней сдвига. Начальная стадия основно) смещения оползней гидродинамического выпора также представля-: собой деформирование сдвигового типа, отсюда для прогноза их >зникновения применимы те же методы расчета.

Размеры оползней, величины и скорости их перемещения прог-)зируются(применительно к предшествующему прогнозу механизма ¡олзня)по аналогии с ранее наблюдавшимися натурными оползнями, ¡счетными методами или моделированием.

Размеры оползней сдвига, выдавливания и гидродинамического ¡пора по площади, глубине захвата и объему могут определяться рией расчетов устойчивости по створам, проведенным в пределах оморфологически обособленных участков склона.

Для оползней выдавливания положение их языковой части (зоны пора) нами совместно с П.Н.Науменко предложено прогнозировать, поставляя графики изменения (в направлении падения склона) ве-чин оползневого давления и суммарной (для рассматриваемой вер-кали) прочности имеющихся на склоне оползневых накоплений, рховой край зоны выпора соответствует точке пересечения наз-нных графиков, а мощность оползневых накоплений в этой точке цет равна М — , где Тпп- оползневое давление в

*Р ьсж--1т оп

чке пересечения графиков, кН- прочность оползневых на-плений на сжатие, кПа.

Длину зоны формирования суффозионного оползня (см.рис. 3) здлагается определять по следующей выведенной нами аналитичес-зависимости: Н - />а

> (I)

з Ь -замеренная по горизонтали длина названной зоны, м;

То~сдТЗ.— ~ критическая глубина у низового края зоны рмирования оползня, м;

^ - соответственно расход, м3/сут на I м ширины потока, и )ффициент фильтрации водоносного слоя, м/сут;

^кр- критическая величина фильтрационного градиента, вызы-вдая суффозионное разрушение грунта;

¿в^оп- Углы наклона соответственно кровли водоупора и по->хвости оползающих разжиженных масс, градус;

- соответственно глубина подошвы оползающих масс и бина от этой подошви до водоупора у нижнего края зоны форми-13НИЯ, м.

Рис. 3 . Схема к прогнозу суффозионного оползня

1 - исходный профиль рельефа; 2 - кровля годоупора; 3-5 - прог зируемое состояние на момент завершения суфФоэиоиного выноса (3 -прогнозируемый профиль рельефа, 4 - тело суффозионного оползня, Е уровень грунтовых вод)

Если а, зона формирования оползня охватывает ] длину суффозионно неустойчивого слоя в пределах такого уклоне водоупора. Согласно натурным наблюдениям, величина Ьоп состаз ляет 2-4 м.

Величины и скорости перемещения оползней могут прогнозирс ваться, во-первых, по аналогии согласно результатам натурных наблюдений, а в случаях целесообразности (на ответственных объектах) - моделированием на эквивалентных материалах. Для оползней сдвига и выдавливания величины смещений при,необход! мости определяются также серией расчетов устойчивости из услс вия полной потери сцепления грунта по поверхности скольжения конце оползневой подвижки; максимальную скорость смещения Уэ' оползней предлагается вычислять по соотношению ^

где - средняя величина силы трения по подошве оползающеп тела на заключительной половине величины его перемещения 5 , ускорение силы тяжести,Р - вес прогнозируемого оползня. Скорость вязкопластических оползней можно прогнозировать по фор! лам вязкопластического течения (Н.Н.Маслов, Г.И.Тер-Степанян, К.Ш.Шадунц и др.).

Прогноз времени возникновения оползневых подвижек осущест-шетоя на основе предшествующего прогнозирования поэтапных изданий инженерно-геологической обстановки с выполнением соот-¡тствующих расчетов устойчивости. Срок возникновения подвижки шнимается соответствующим времени, для которого согласно рас-иу величина коэффициента устойчивости впервые достигнет пре-льного значения. Этот срок может определяться также с учетом тиональных данных о ритмичности и цикличности развития ополз-•й (В.В.Кюнтцель, А.И.Шеко, Ю.Г.Баландин и др.).

Для склонов, находящихся в состоянии установившейся или югрессирующей ползучести, способы определения сроков их "общения" (т.е. начала основного смещения оползня) предложены Саито (1979, 1983 и др.) и Ю.И.Турикцевым (1977). Согласно вы-лненному нами анализу достаточно достоверный прогноз может ть получен логарифмическим и графоаналитическим методами М. ито (соответственно для установившейся и прогрессирующей полчести). При этом в случае вычислений логарифмическим методом Саито в расчетной формуле правомернее использовать не относи-льную, а абоолютную скорость ползучести в мм/мин.

В заключительном разделе главы рассмотрено поэтапное опре-ление устойчивости склонов на примере прогноза переформирова-я берегов водохранилищ, охарактеризованы способы прогноза про-лжительности различных этапов переработки берега, характерных явлением и развитием новых оползней в абразионном уступе, ло-яьным и фронтальным отступанием бровки берегового склона.

Глава 6. Исходные сведения для расчетов устойчивости склонов

Из комплекса инженерно-геологических данных, требующихся в шстве исходной информации для обоснования расчетов устойчива, особые трудности связаны с прогнозом изменения свойств зных пород и определением их прочности на сдвиг, а также с гзлением в натуре поверхностей оползневого смещения.

В отношении изменения свойств пород подчеркнута необходи-¡ть прогноза влияния выветривания (с учетом результатов наб-¡ений Г.С.Золотарева, Ю.Д.Матвеева, Л.А.Молокова и др.) и виб-сионных воздействий (применительно к результатам исследований 1.Демина). Вследствие большого влияния влажности на прочность юд немалое значение имеет прогноз увлажнения грунтового мае-

сива за счет капиллярного поднятия. Величину последнего для сл истых толщ можно находить по предложенному нами соотношению (Тихвинский, 1988).

Надежность показателей сопротивления сдвигу, используемых в прогнозе деформирования склонов, резко повышается при исполь зовании обратных и контрольных расчетов устойчивости. Для нату ных оползней обратные расчеты наиболее целесообразно выполнять методом прислоненного откоса, решая систему из двух уравнения (одно соответствует началу, другое - завершению рассматриваемс смещения); во втором уравнении величина сцепления по поверхнос скольжения принимается равной нулю. Обратные расчеты полезно применять и для близких к предельным по устойчивости неоползшЕ крутых натурных уступов (с аналогичным геологическим строение» в случае, если прослеживается закономерное уменьшение крутизнь уступа с возрастанием его высоты. Причем на каждом уступе воп: того профиля (при однородном его строений) оправдано выполнен! нескольких обратных расчетов с условным разделением уступа на сколько уступов разной высоты. Для таких расчетов удобно приме нять специальный график (Тихвинский, 1988), составленный на ос ве дополнения графика А.М.Демина (1973).

Контрольные расчеты заключаются в проверке надежности при нятых показателей прочности на сдвиг посредством вычисления кс фициента устойчивости склона (или его элемента) применительно конкретной натурной инженерно-геологической обстановке. Если контрольнвй расчет, произведенный для условий конкретного опол невого смещения, дает величину коэффициента устойчивости, откл кяющегося от единицы более чем на 5-10$, нужно откорректироват либо принятые показатели сопротивления сдвигу, либо исходную р четную схему (корректировка "реконструкции" профиля рельефа, гидрогеологических условий, положения поверхности скольжения). Для неоползшего элемента рельефа исходные значения прочности н сдвиг следует считать неоправданно заниженными, если согласно контрольному расчету коэффициент устойчивости оказывается мень единицы.

Обратные расчеты применимы и в целях проверки достоверное исходных расчетных схем, в частности в отношении правомерности учета фильтрационных сил (Тихвинский, 1972, 1977).

Глубину подошвы натурных оползней, помимо традиционных ме дов (бурение, геофизические исследования, наблюдения по глубин реперам), можно определять аналитически выведенным расчетным с

!ом совмещенных профилей рельефа (Тихвинский, 1977 и др.) при шчии сведений о профиле склона (до и после оползания) и вели-1е конкретного оползневого смещения. Способ предназначен в остом для оползней, смещающихся единым массивом по одной поверх-!ти скольжения.

Если пренебречь разуплотнением пород, происходящем во время лзания, глубина подошвы оползня, м, на месте середины вектора мщения любой точки "к" будет равна

- площади сечения соответственно в зонах

■»к >

кумуляции

(2)

сноса" и

оползших масс до вертикали, проведенной через на-

ьное положение рассматриваемой точки "к" (см.рис. 4,а), м2--

"к"

- величина вектора смещения точки лона этого вектора, к горизонту.

С учетом разуплотнения пород при оползании

>

м:

- угол

Нк=-

г собоС

0,Р - площади сечения соответственно в зонах "сноса" и

о

кумуляции" по всей длине оползня (рис.4,б), м .

(3)

Рис. 4. Схемы перемещения верхней части (а) и

всего тела (б) оползня - профиль склона соответственно до и после оползневой поди.

Рассмотренный способ применим и для вязкоплас тичв ских оползней, если известно распределение скоростей оползания по глубине; при этом формулы (2) и (3) приобретает следующий вид:

где Ку - типичное для рассматриваемого региона отношение средней (по глубине для характерной вертикали) и поверхностной скоростей вязкопластического смещения.

Проверка точности рассмотренного расчетного способа, прове- -денная для участка оползня выдавливания 1964 г. в Одессе (ХП амфитеатр), показала хорошее соответствие расчетных и геологических данных (расхождение не более 13$).

Глава 7. Инженерно-геологическое обоснование строительства на

Разработка инженерно-геологического обоснования строительства на оползнеопасных территориях в дополнение к обычному составу изысканий включает: I) выявление закономерностей формирования натурных оползней, 2) прогноз развития оползневых деформаций, 3) обеспечение надежности определений прочности грунтов на сдвиг, 4) составление рекомендаций по противооползневой защите, 5) проведение как правило некоторого объема изыскательских работ вне площади расположения объекта.

Характеристика особенностей формирования и прогноза оползней, осуществляется применительно к их механизму с отражением условий деформирования склонов (в том числе на период строительства проектируемого объекта), периодичности, этапности и скорости развития оползневых смещений. Периодичность оползнепроявлений следует изучать во взаимосвязи с изменениями действия природных процессов во времени. При исследовании этапности прослеживаются особенности деформирования в процессе развития конкретного оползня (последовательность заколов и отчленения оползневых блоков, изменчивость состояния грунтов в разных частях оползневого тела во времени и др.). Для повышения обоснованности прогнозов во мно-

(4)

(5)

оползнеопасных территориях

¡х случаях целесообразно включать б состав изысканий режимные стационарные) наблюдения за развитием, оползней, изменением фак-эров оползнеобразования и работой противооползневых сооружений.

Для обеспечения надежности выбора расчетных показателей соп-этивления пород сдвигу лабораторные исследования следует прово-лть по особым методикам и дополнять обратными и контрольными зачетами устойчивости (см.гл. 6). Обратные расчеты устойчивости злжны выполняться со строгим учетом этаяности оползневых подви-зк, в частности, должна учитываться разница между свойствами по-зд для вновь отчленяющихся блоков и примыкающих к ним ранее сфор-фованных оползневых накоплений.

При изысканиях наряду с сценкой эффективности противоополз-шой защиты, осуществленной на площади проектируемого объекта, юбходимо обобщать опыт предшествующей борьбы с оползнями в рас-штриваемых региональных условиях с использованием следующих :нсвных критериев эффективности отдельных защитных сооружений га мероприятий (Тихвинский^ Рзаеэа, 1982): 1) степень обеспечении устойчивости склона после реализации защита; 2) степень вы-лнения сооружением (мероприятием) частной задачи, предусмотрен-й проектом; 3) распределение положительного воздействия защиты времени; 4) экономическая эффективность защиты, в том числе в поставлении с другими возможными вариантами мероприятий по рьбе с оползнями. Для оценки экономической эффективности целе-образно применять количественные критерии, предложенные М.Е. взнером (1978), К.Ш.Шадунцем (1976) и др. авторами. Экономичес-ю эффективность жилой застройки на оползнеопасной территории едставительно оценивать« по средней (для комплекса зданий опре-ленной этажности) стоимости квадратного метра жилой площади ихвинский, 1979).

Проводить изыскательские работы за пределами площади чепос-цственного размещения объекта строительства полезно или даже збходимо в целях: поиска натурных аналогов (для оползней, отсут-зующих на рассматриваемой площадке, но возможных здесь при чьнейшем изменении природных условий); выполнения обратных и ггрольных расчетов устойчивости; оценки эффективности осущест-;нной обрьбы о оползнями; определения опасности, которую могут ¡вать для проектируемых сооружений оползневые смещения, раз-зающиеся (или прогнозируемые) вне территории площадки.

В заключительном разделе главы рассматриваются особенности

изучения оползней на разных стадиях разработки инженерной за: Особое внимание уделено вопросам обоснования комплексных exes женерной защиты (генеральных, специальных и детальных). Соглг современным требованиям, определенная этими схемами суммарная имость защитных мероприятий не может быть превышена при посл< щем проектировании. С учетом того, что названные схемы охват! обширные территории, необходимая точность определения стоимос противооползневой защиты достижима на основе относительно ме. масштабного инженерно-геологического районирования в сочетай! детальным изучением ключевых (спорных) участков в местах тиш го проявления оползневого процесса. Количество ключевых учасг и детальность их изучения должны быть достаточны для определ< стоимости требующихся на них защитных мероприятий. Предлагав! детальность исследований выражена через масштабы инженерно-п гических съемок для карт-врезок (на ключевых участках)и всей ритории, охватываемой схемой. В соответствии о материалами ю лектнвного доклада (Г.С.Золотарев, К.А.Гулакян, И.С.Тихвинск: В.С.Федоренко, А.И.Шеко), представленного в 1983 г. на засед; секции НТС Госстроя СССР, в зависимости от трех градаций ело: ти природных условий (весьма сложные, сложные, простые) реког дуются следующие масштабы инженерно-геологических съемок: да схем генеральных - от 1:100000 до 1:500000 (карты-врезки в м; табе 1:5000 - 1:25000), специальных - от 1:25000 до 1:100000 (врезки 1:2000 - 1:5000), детальных - от 1:5000 до 1:25000 (] ки 1:1000 = 1:5000).

Глава 8, Использование метода оползневого потенциала для регионального прогноза оползней

Метод оползневого потенциала (Гулакян, Кюнтцель, Постое: 1975, 1977) применяется в целях прогноза пораненности террит! оползневыми процессами без уточнения мест проявлений каждой i конкретных оползневых подвижек. В количественном отношении п< женность каким-либо экзогенным геологическим процессом А.И.Ш< (1974 и др.) предлагает выражать коэффициентом пораженности; нашем случае это коэффициент поракенности активными оползням: ( ^а.оп ), равный отношению площади активных оползней по всей сматриваемой площади.

Оползневой потенциал представляет собой вероятность пор: ния оползнями элементарной площадки в зависимости вероятное^ отвечающих воздействию рассматриваемых факторов оползнзобраз)

я. Исходную вероятность определенного фактора Рк авторы да принимают равной отношению площади активных оползней ко площади распространения фактора. Данное предложение некорр-о:в соответствии с ним фактически оценивается влияние не од, а всей совокупности действующих факторов. Это может приво-, кроме неправильной количественной оценке роли конкретного ора, даже к противоположную качественной характеристике его ействия (Тихвинский, 1981).

Предложенное усовершенствование метода (Тихвинский, 1978, ) заключается в следующем. Если будет установлена величина пдя какого-либо определенного фактора оползнеобразования (с эм его класса), вероятность ^ для любого другого к-го эра можно находить по формуле ^ _ /-ЭД,

у _Я 4- -О-а

Гк 'ПН*; 1-\/п , (5)

величины оползневого потенциала соответственно в с К -го и п -го факторов при одинаковом составе другах )роз оползнеобразования.

Для групп участков, в которых окажутся известными вероят-1 всех факторов, кроме одного ( ¿-го), из основного уравне-шолзневого потенциала вероятность Р^ для ¿-го фактора ) соотношению , ,

О - У- -Л^Ж—

£ Ж«-'*) • <е)

\У- величина оползневого потенциала для данной группы 'ков; № ~ общее число действующих факторов; П - знак ведения; ^ - вероятности воздействия каждого из действую-)акторов, кроме ¿-го.

После того, как определены исходные величины вероятностей аждого класса всех факторов, прогноз развития оползней вы-ется по предложенной авторами метода формуле оползневого циала с подстановкой в нее вероятностей воздействия факто-соответствующего специально запрогнозированным изменениям ерно-геологической обстановки и воздействий на склоны. Вели-оползневого потенциала, рассчитанные указанным способом, соответствовать прогнозным значениям коэффициента поражен-активными оползнями.

1роверка точности метода оползневого потенциала, осуществ-1 нами с использованием вышеприведенной методики, показала, ия представительных сочетаний факторов соотношение рассчи-

тайных и фактических данных оказалось в пределах 0,77-1,39. Сле довательно, эта методика может использоваться для ориентировочного прогноза оползневой пораженности.

Заключение

Настоящая работа является научным обобщением теоретических методических, экспериментальных и полевых исследований автора, результаты которых позволяют сделать нижеприведенные основные I воды.

1. При разной механизме оползней их развитие и результаты воздействия существенно отличаются, в связи с чем оценка и про: ноз устойчивости склонов должны выполняться строго применителы к механизму оползня. Для обеспечения представительности инжене! но-геологического обоснования противооползневой защиты в соста! прогноза устойчивости склонов кроме определения степени устойчг вости необходимо включать характеристику прогнозируемых оползне (границы распространения, глубина захвата, срок возникновения, скорости движения, косвенные последствия оползания).

2. В ряде регионов СССР установлены закономерности дефорш рования склонов оползнями всех основных типов по механизму, ох; растеризованы типичные особенности возникновения и хода развит! деформаций (появление трещин закола до основного смещения опол; ней сдвига, проскальзывание по поверхности прежних смещений пр! оползнях выдавливания, первичные подвижки сдвигового типа на не чальном этапе формирования оползней суффозионных и внезапного разжижения и др.). Учет этих особенностей повышав! пpeдcтaви?eJ ность расчета устойчивости склонов и количественного прогноза оползневых смещений.

3. Оценка достоверности расчетных методов, применительно ] развитию срезающих оползней сдвига, выполненная по результатам лабораторных экспериментов на моделях склонов из эквивалентных материалов, позволила установить, что наилучшее совпадение рас' четных и экспериментальных данных отмечается при расчетах усто: чивости уступов однородного строения по дополненному автором д сертации графику А.М.Демина. При использовании метода прислона ного откоса необходима корректировка величин сцепления с учето! предшествующего оползанию частичного разрушения структурных св. зей пород. Обоснована перспективность использования моделирова' на эквивалентных материалах для усовершенствования методов рас та устойчивости и прогноза параметров оползней.

4. Разработанная система операций для количественной оценки комплексного локального прогаоза устойчивости склона регламен-

ярует последовательность выполнения оценки и прогноза местной и Зщей устойчивости склона, позволяет определять опасность возник-эвения оползней разного механизма, прогнозировать их размеры по пощади и в глубину, время возникновения и скорости оползнезых , эдвижек. В систему включены, в частности, предложения автора по зсчету местоположения вала выпора оползней выдавливания (разрабо-эно совместно с П.Н.Науменко), по количественному прогнозу опол-зей вязкопластических, суффозионных и внезапного разжижения, по ^пользованию методов М.Саито для определения срока основного лещения оползня на склонах, находящихся в состоянии ползучести, энная система оценки и прогноза устойчивости весьма технологична целесообразна для широкого применения в практике инженерно-гео-эгических изысканий на оползнеопасных территориях.

5. Усовершенствованная автором методика обратных и контрольно расчетов устойчивости позволяет отражать этапность развития знкретной оползневой подвижки, выполнять обратные расчеты устой-1вости неоползших уступов, оценивать обратными расчетами степень мового воздействия подземных вод.

6. Полученный автором аналитическим путем и апробированный з натурном оползне расчетный метод дает возможность определять 1убину оползневого захвата по сопоставлению профилей рельефа до после конкретной оползневой подвижки с учетом величины смещения, этод применим для оползней сдвига и выдавливания, а также, при зличии сведений о'распределении скоростей оползания по глубине, для вязкопластических оползней.

7. Инженерно-геологические изыскания для обоснования строи-¡льства на оползнеопасных территориях следует выполнять с уче-)м особых требований, раскрытых в диссертации. В частности,целе-)образно включать в состав изысканий режимные наблюдения за опол-1ями и факторами оползнеобразования, изучение опыта противоополз-!вих мероприятий с оценкой их эффективности по особым критериям, зоверкз' надежности лабораторных определений прочности пород на [виг обратными и контрольны,® расчетами устойчивости. При этом ¡осмотрена специфика изысканий на разных стадиях разработки ютивооползневой защиты, указана целесообразная детальность учения оползней на ключевых участках и на всей территории, ох-1тываемь:х генеральными, специальными и детальными схемами инже-

нерной защит-ы.

8. Методика определения исходных вероятностей, предложенная на основе теоретического развития метода оползневого потен циала, позволяет определять ожидаемую величину пораженности те ритории активными оползнями при региональном прогнозе оползне-гроявления. Осуществленная проверка точности прогнозирования показала возможность применения данной методики для ориентировочного количественного регионального прогноза оползневой пора женности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих роботах:

1. О методике прогноза переработки оползневых склонов// Гидротехническое'строительство, 1967, $ 4. С.34-36.

2. Научная экскурсия Международного симпозиума "Инженерно геологические свойства глинистых пород и процессы в них". Моек Ульяновск, сентябрь 1971 г. Инженерно-геологическая характерно' тика нижнемеловых глин, оползней и переработки берега Волги в г. Ульяновске. М.: Изд-ео ШУ, 1971. 18 с.

3. Опыт крупномасштабного инженерно-геологического картир1 вания с целью обоснования схемы противооползневых мероприятий : г.Волгограде // Инженерно-геологические проблемы градостроител: ства. М.: Изд-во МГУ, 1971. С.177-179 (соавтор Пичугина Г.Л.).

4. О требованиях к изысканиям, проводимым для оценки усто; чивости оаолзневых склонов // Проблемы грунтоведения и иженер-ной геодинамики (Тр.ПНИИИС, т.УП). М., 1971. С.210-220 (соавто; Рзаева М.К.).

5. К методике использования обратных расчетов для оценки устойчивости оползневых склонов // Современные геологические про'цессы и строительство (Тр.ПНИИИС, т.ХУ1). М., 1972. С.10-20,

6. О влиянии гидравлических сил на формирование повторных подвижек крупных оползней в г.Ульяновске // Современные геолог] ческие процессы и строительство (Тр.ПНИИИС, т.ШО. М., 1972 С.87-93.

7. К инженерно-геологической оценке опыта борьбы с оползш ми на берегу Черного моря северо-западнее Сухуми // Проблемы ш женерной геологии Северного Кавказа. Вып.5. Сочи. С.102-109 (с< автор Самохвалова М.П.).

8. К методике крупномасштабного инженерно-геологического кар-»фования оползневых склонов // Вопросы теории и методики инжензр-эй геодинамики (Тр.ГМШС, вып.32). М.: Стройиздат, 1975. С.57-

з.

9. Анализ опц'гч расчетов устойчивости некоторых оползневых слонов Поволжья и Черноморского побережья // Проблемы инженерной зологии в связи с использованием геологической среды. Тема 3: ззисы докладов Всессюз. конф. Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. С.106-108.

10. К вопросу оценки устойчивости оползневых склонов берегов :рного моря //' Вопросы изучения геодинамических процессов (Тр. 1ИИИС, вып.43). М.: Стройиздат, 1976. С.44-50.

11. О характерных особенностях крупных оползней в г.Одессе ' Инженерные изыскания ь строительстве: Реф.сб., сер.2. М.: ШИС Госстроя СССР, 1976. Вып.3(44). С.15-19 (соавтор Науменко ,Н.).

12. Черноморское побережье Грузии // Инженерно-геологический гализ применения противооползневых мероприятий на Черноморском ¡бережье Крыма и Кавказа. М.: Стройиздат, 1976. С.180-215 (соав->ры Самохвалова М.П., Тихвинская Г.Л.).

13. Оценка устойчивости волжского склона в г.Ульяновске ис-)рико-геологическим и расчетными методами // Инженерные изыека-ш в строительстве. Исследования геодинамических процессов. Реф. 5. Сер.15. ГЛ.: ВДНИС Госстроя СССР, 1977. C.I3-IS.

14. О факторах, определяющих формирование блоковых оползней Ульяновске, Саратове и Волгограде // Геодлномические процессы строительство (Тр.ЛНИШС, вып.47). М.: Стройиздат, 1977. С.85-

15. Расчетный способ определения профиля поверхности смещения юлзней по изменениям в рельефе склона // Инженерные изыскания в ■роительстве. Исследования геодинамических проппсеов: Реф.сб.

¡р. 15. М.: ЦИШ1С Госстроя СССР, 1977. С.18-22.

16. M.ktnrlnski I.O., Sheshenya H.L. Geological factors in ¡volopment of Ъ1оок slides in plateau and fold mountain regions .llustrated Ъу Volga and Tyan Shan regions)//Bull. TAEG, 1977. i. 16, P. 118-120.

IV. К вопросу об инженерно-геологических принципах выбора ютивооползневых мероприятий // Тр. I Впесоюз.конф. по шк.геоло-

и. Т.2(ч.I). Тбилиси, 1978. С.71-80 (соавтор Рзаева М.К.).

18. К вопросу об использовании метода оползневого потенци П Разработка методов прогнозной оценки развития оползневых яв ний в условиях горно-складчатых областей альпийского орогена: тер.науч.-техн.конф. Тбилиси: Менциереба, 1878. С.52-56.

19. О методике оценки устойчивости оползневых склонов // Теоретические основы и методы изучения инженерно-геологических процессов (Тр.ПНИШС, вып.56). М.: Стройиздат, 1978. С.20-27.

20. Определение глубины подошвы оползней скольжения по ма риалам повторных геодезических наблюдений // Вопросы инженерно геодинамики. Ташкент: САИГИМС, 1978. Вып.4. С.67-73.

21. Инженерно-геологическое обоснование при оценке возмож тей рационального использования оползнеопасных территорий для застройки // Инженерные изыскания в строительстве: Науч.-техн. реф.сб., ,сер.15. М.: ЦИНИО Госстроя СССР, 1979. Вып.З. С.1-3.

22.^'Определение границы зоны выпора для оползней выдавлив ния в горизонтально-слоистых породах // Инженерные изыскания в строительстве: Науч.-техн.реф.сб., сер.15. М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1979. Вып.4. C.20-2I (соавтор Науменко П.Н.).

23. Роль качественных и количественных критериев в прогно: оползней // Современные методы прогноза оползневого процесса. 1 Наука, 1981. С.29-33.

24. Основные требования к проектам противооползневой защи1 и роль инженерно-геологического обоснования при освоении ополз: вых склонов // Комплексная оценка свойств грунтов и инженерно-геологическцр процессы (сб.науч.тр. ПНИИИС). М.: Стройиздат,

1982. С.III—119 (соавтор Рзаева М.К.).

25. Комплексные режимные инженерно-геологические наблюден: на территориях промышленного и гравданского строительства // В жимные инженерно-геологические наблюдения в городах. М.: Наука 1983/ С.19-23 (соавторы Баулин В.В., Хоменко В.П., Зиангиров Р и др.).

26. Расчет устойчивости оползневых склонов и откосов // В комендации по инженерно-геологическим изысканиям на оползневых склонах Северного Кавказа с целью их хозяйственного использова! М.: Стройиздат, 1983. С.41-46.

27. Система режимных наблюдений за развитием геологически: процессов на застроенных территориях // Режимные инженерно-гео. гические и гадрогеологические наблюдения в городах. М.: Наука,

1983. С.28-31 (соавтор Шешеня Н.Л.).

28. Современные методы оценки геодинамической обстановки применительно к задачам инженерной защиты "ерриторпы // Проблемы инженерной геологии городов. М.: Наука, 1983. С.96-'~'9 (соавтора Шешеня Н.Л., Васильев В.И.).

29. Геологические и зональнс-клиглатнчоские особенности формирования оползней. М.: Наука, 1984. 125 с. (соавтор Шешеня II.Л.).

30. Опыт применения моделей из эквивалентных материалов для изучения механизма оползней и анализа методов расчета устойчивости склонов // Вопросы изучения инженерно-геологичегтх процессов. ГЛ.: Стройиздат, 1984. С.13-19 (соавтор Мамаев Ю.Л.).

31. Особенности инженерно-геологических изысканий при обосновании разных стадий проектирования и строительства га оползне-опасных территориях // Тезисы докладов У Всесоюзной конференции "Проблемы инженерной геологии в связи с промышленно-гражданскик строительством и разработкой полезных ископаемых. Т.1. Свердловск, 1984. С.128-130.

32. Прогноз оползневых смещений применительно к механизму их развития // Комплексные инженерно-геологические исследования для промышленного и гражданского строительства. М.: Наука, 1984. С. 63-69.

33. Прогноз экзогенных геологических процессов, ^-т/'.г.кякгих использование геологической среды и • городских терпите опях // Международный геологический конгре.''. Тепксн. То>' ."1. М.: Наука, 1984. С.193-194 (соавторы Зкангирс, Г..;., трьа.иич В.Ф., Разумов Г.А., Аг/ленко В.П.).

34. Противооползневая защита д\„.\ьяновскв // Оползни и сели. Том 2. :.-:.: Центр гюадунэродных пр;«г >в ПСНТ, 1984. С.93-102.

35. Гекоменд чип по количестгеиной оценке устойчивости оползневых "''лонов. 1Л.: Стройиздат, 80 с.

3(. Обзор и перспектпни усовер • нствования методики прогноза перефорадроеання б«рогов горних пси, хранилищ // Экзогенные чроцес-сы и пгоблемц раииснального испол. зчвания геологической среды. Ташкент: САШМВ, 1985. С.95-Ю..

37. Применение оползневых I ■ ификаций длг ;ешения задач инженерных изысканий // Проблемы . :,:сифгпирова'.Т1 склоновых гр:~ еит&шюняпх процессов. : Наука, Г-«, '¿.'.'б-''".

38. Лринжшг защиты сооружен . • ... от воздействия ппг г члоь " сслзк. Бо^-бо с с..' ::таял'г лр;-дел л: я ••шиг-о-плотфоргсек:':." территория. Си-.- лфика г> ьбы с .• кзгт:;: г ' : ораклх

и океанских побережьях // Теоретические основы инженерной гес таи. Социально-экономические аспекты. М.: Недра, 1985. С.176-178, 181-184, 190-191.

39. Проблемы инженерно-геологического обоснования строит льства на оползнеопасных территориях // Инженерно-геологичесв характеристика грунтов и процессы в них. М.: Наука, 1985. С.£ 104 (соавтор Тер-Степанян Г.И.).

40. Составление локального временного прогноза оползней Долговременные прогнозы проявления экзогенных геологических г цессов. М.: Наука, 1985. С.62-66.

41. Условия формирования суффозионннх оползней в лессов! ных породах // Инженерно-геологические исследования для стро! тельства. М.: Наука, 1985. С.73-78.

42. Особенности прогноза переработки оползневых берегов дохранилищ // Свойства грунтов и инженерно-геологические про:

>сы. М.: Наука, 1987. С.90-96.

43. Перспективы совершенствования методов оценки и проп устойчивости склонов // Инженерно-геологические исследования промышленного и гражданского строительства. М.: Наука, 1987. 39-44.

44. Инженерно-геологическое обоснование строительства н: оползнеопасных территориях // Инженерно-геологическое обосно: защиты территорий от опасных геологических процессов. М.: ПН Госстроя СССР, 1988. С.3-15.

45. Оценка и прогноз устойчивости оползневых склоноп. М Наука, 1988. 144 с.

46. Склоновые процессы (оползни, обвалы, солифлюкции) / СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства. М. : Госстрой СССР, 1988. С.69-71.

47. Прогноз устойчивости склонов с учетом ожидаемого ха тера деформирования // Проблемы инженерной геологии, гидроге гии и геокриологии районов интенсивной нагрузки и охрана гео гической среды: Тезисы докладов I Всесоюз.съезда инженеров-1 гов, гидрогеологов и геокриологов. 4.4. Киев: Наукова думка,

Подписано к печати 14.07.89 г. Объем 2 печ.л. Тир.100 экз. Ротапринт ПНИИИС, Заказ № 457. 1989 г.

С.192-194