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"

/Л

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

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

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология,мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералоп'ческих наук

На правах рукописи

Тихвинский Игорь Олегович

УДК 624.13Г.543

Москва - 1989

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

На правах рукописи Тихвинский Игорь Олегович

УЖ 624.131.543

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

Специальность 04.00.07 - Инженерная 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 "Стройизыскания" Госстроя РСФСР.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук В.С.Федоренко; доктор геолого-минералогических 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.фка.

Защита состоится " " 1989 г. в 10 час.

на заседании специализированного совета Д.071. И.01 при ВСЕГИНГЕО 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 геолого-минералогических наук М.С.Галицын

3

втгеготите

Актуальность теми диссертации обусловлена неполнотой разработки проблемы количественной оценки и прогноза устойчивости склонов. Нарушения устойчивости склонов природного происхождения и искусственных (откосов), выражающиеся в образовании оползней, причиняют огромный материальный ущерб, а иногда приводят и к человеческим жертвам. Особое значение проблема количественной оценки и прогноза устойчивости склонов приобрела в течение двух последних десятилетий. Причиной явилось превде всего резко расширившееся хозяйственное освоение оползвдопасных склонов, что в свою очередь вызвана нарастающим дефицитом свободных площадей, используемых под застройку. Кроме того, участились случаи деформирования склонов вследствие усилившегося воздействия человека на геологическую среду. Важность изучения оползневых и других опасных геологических процессов многократно отмечалась в документах Коммунистической партии и правительства Советского Союза, в том числе в "Основйых направлениях экономического и социального . развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года".

25-30 лет назад при инженерно-геологических изысканиях как правило было достаточно получить ориентировочную, качественную характеристику опасности оползания, что позволяло определить границы оползнеопасной площади и рекомендовать не использовать ее под 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 кавдого 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 геоло гическсго строения с использованием геологических методов, моде лей из традиционных эквивалентных материалов и метода конечных элементов; К.А.1Упакян - изучение деформирования склонов модели рованием на термопластических эквивалентных материалах, и др.). Комплексной системы методов, позволяющей изыскательским организ' циям решать всю совокупность задач по прогнозу устойчивости скл нов, не имелось. Однако такая система крайне необходима, т.к. лишь на ее основе при инженерно-геологических изысканиях может быть получено представительное обоснование рационального исполь зования и инженерной защиты оползнеопасных территорий.

Цель, задачи и объекты исслед в а н и й . Цель исследований состояла в решении проблемы кол: чественной оценки и' комплексного прогноза устойчивости склонов учетом механизма деформирования для обоснования рациональной пр тивоополгневой защиты. Основными задачами исследований являлись

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

2) выявление закономерностей формирования оползней разного механизма;

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

4) создание системы количественного локального прогноза ус< тойчивости склонов с определением возможности развития оползней разного механизма и оценкой последствий оползневых подвижек;

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

.6) развитие методики регионального прогноза оползней.

В качестве объектов исследований использованы оползневые склон:,' в различных регионах СССР (Поволжье, Черноморское побере кье СССР, Западная Сибирь, Молдавия, Армения и др.), представительных в отношении проявления оползней разного механизма.

На защиту выносятся следующие основные на-.-чные положения диссертационной работы:

закономерности натурных смещений тех основных типов по ме

шзму с отражением принципиальных различий оползней \-'впга, вываливания, вязкопластических, гидродинамического разрушения, вне-¡апного разжижения, определяющих способы расчета устойчивости и юличественного прогноза последствий оползания;

оценка достоверности методов расчета устойчивости по резуль-'атам экспериментов на моделях из эквивалентных материалов, поз-юлившая трансформировать способы расчетов применительнокразруше-:ию склонов оползнями сдвига;

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

принципиальные особенности и методические приемы инженерно-еологического обоснования строительства и защитных мероприятий, озволяющие определять состав,особенности проведения и деталь-ость изысканий на оползнеопасных территориях;

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

Научная новизна работы заключается в яедующих основных результатах:

- применительно к задачам количественного прогноза устойчивости склонов выявлены типичные особенности развитая натурных золзней, отличающихся механизмом смещения;

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

!е возможности деформирования оползнями разного механизма и спо-збы прогноза размера оползней (по площади и в глубину), величи-I и скорости их перемещения, сроков возникновения оползневых щвижек;

- обоснованы рекомендации по использованию расчетных метс-1В при прогнозе оползней разного механизма, в том чиллр по размотанным автором способам расчета длины зоны формирования суф-13Ионнвх оползней , местоположения вала шпора при оползнях вы-вливания, скорости смещения оползней сдвига и выдавливания, а кже по расчету срока начала оползневых смещений;

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

- усовершенствована методика инженерно-геологических изысканий т оползнеопасных территориях в отношении конкретизации задач, состава и детальности исследований, а также использования обратных у. контрольных расчетов устойчивости склонов;

- разработан способ расчета глубины захвата оползневых смешении по сопоставлению профилей рельефа до и после подвижки опол ня;

- в развитие метода оползневого потенциала предложен новый способ определения вероятностей факторов оползнеобразования, поз воляющий конкретизировать региональный прогноз оползней.

Внедрение результатов работы и их практическое значение. Основные положения разработанной системы количественной оценки и прогноза устойчивости склонов включены в ряд нормативных и методических документов: "Инструкцию по проектированию и строительству противооползневых и противообвальных защитных сооружений" СН 519-79 (Стройиздат, М., 1981), Главу СНиП 1.02.07-87 "Инженерные изыск кия для строительства" (Стройиздат, М., 1988), "Инструкцию по проектированию освоения и инженерной защиты оползнеопасных терр! торий, населенных пунктов и народно-хозяйственных объектов Украинской ССР" ген 333-83 (Госстрой УССР, 1583), "Рекомендации по производству инженерно-геологических изысканий для проектирован! к строительства дымовых труб" (НИИОСП Госстрой СССР, М., 198.1), "Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям на оползневых склонах Северного Кавказа с целью их хозяйственного освоенш (Стройиздат, М., 1983), "Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов" (Стройиздат, М., 1984).

Результаты выполненных исследований внедрены также при разработке инженерно-геологического обоснования защитных мероприятий ряда конкретных объектов, в том числе при составлении генеральной схемы инженерной защиты правого берега Волги в г.Волгограде и проектировании противооползневых мероприятий в г.Ульянов' ке (на территории Ленинской мемориальной зоны и на участке моста через р.Волгу). Экономический эффект от двух частных внедрений методических разработок автора составил 419 тыс.руб.

Исходные материалы и личный вклад в решение проблемы. Основой диссертационной работы послужили результаты полевых исследований, теоретических и методических разработок, выполненных согласно плану научно-исследовательских работ лично автором и под его научным руководством в ПШШСе за период с 1966 по 1988 гг. Использованы также анализ публикаций по данной проблеме и результаты экспериментов на моделях, осуществленных по хоздоговорам лабораториями геологического факультета МГУ и геолого-географического факультета' Одесского университета в составе тематических работ, выполнявшихся ПНШИСом.

Личный вклад автора заключается в непосредственном проведении исследований и осуществлении методического руководства палевыми, лабораторными и камеральными работами при выполнении научных тем, связанных с рассматриваемой проблемой; в систематизации и интерпретации полученных результатов; з разработке новых способов расчета параметров, характеризующих проявление оползней выдавливания и суффозйонных и глубину оползневого захвата; з усовершенствовании методики обратных расчетов устойчивости, метода оползневого потенциала, методики инженерно-геологических изысканий на оподзнеопасных территориях; в составлении оригинальной системы количественной оценки и комплексного прогноза устойчивости склонов.

Публикация и апробация работы. По теме диссертации опубликовано более 60 научных работ, в том числе "Рекомендации по количественной опенке и прогнозу устойчивости оползневых склонов" (Стройиздат, 1984), монографии "Геологические и зональноклиматические особенности формирования оползней" (Наука, 1984) и "Оценка и прогноз устойчивости оползневых склонов"(Наука, 1988), разделы монографий "Ичяптпип-™^. логический анализ применения противооползневых мероприятий на Черноморском побережье Крыма м Кавказа" (Стройпздзт, 1976), "Долговременные прогнозы проявления экзогенных геологических процессов" (Наука, 1985) и "Теоретические основы инженерной гео-югии. Социально-экономические аспекты" (Недоа, 1985).

Основные положения диссертации докладывались на 23 научных совещаниях, конференциях, симпозиумах, в том числе на Международном симпозиуме "Инженерно-геологические свойства пород и про-гессы в них" (Москва, 1971), Всесоюзных конференциях по инженер-

ной геологии (Тбилиси, 1972; Ленинград, 1976; Свердловск, 1984), Международном симпозиуме "Оползни и другие движения масс" (Прага, 1977), симпозиумах "Современные методы прогноза оползневого процесса" (Москва, 1978) и "Проблемы классифицирования гравитационн процессов" (Москва, 1982), 27-см Международном геологическом кон рессе (Москва, 1984), Первом Всесоюзном съезде инженеров-геолого гидрогеологов и геокриологов (Киев, 1988).

На всем протяжении исследований по диссертационной теме авт ру сопутствовало благожелательное отношение коллег по специально ти и по работе, всем им автор глубоко признателен. Наиболее тесн к плодотворные научные контакты поддерживались автором с отделом общих теоретических и региональных инженерно-геологических иссле дований ВСЕГИНГЕО, кафедрами инженерной геологии Московского и Одесского университетов, Лабораторией геомеханики АН Армянской ССР. Автор очень благодарен всему коллективу отдела инженерно-ге< логических процессов ПНИИИС Госстроя РСФСР и директору ПНИИИС до] тору геолого-минералогических наук В.В.Баулину за постоянную поддержку и помощь в работе. Особую признательность автор выражает профессорам Г.С.Золотареву, А.И.Шекс и Ф.В.Котлову, доктору гео-лого-минерзлогических наук В.В.Кюнтцелю и кандидату геолого-минералогических наук П.В.Цареву, любезно согласившимся просмотреть рукопись диссертации и сделавшим ценные замечания по ее содержаш

Объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, восьми глэе и заключения, имеет текст объемом 252 стр., 18 таблиц, 57 рисунков, список литератур! из ЗЬ1 наименования, приложение (документы о внедрении).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Классифицирование оползней выполнялось многими исследователе ми по розным ведущим признаком - генезису, морфологии и размерам оролуношх. смещений, их механизму, приуроченности к определенным кочг,.-¡иксом горных пород, скорости движения и др. Наиболее обстоятельные обзоры классификаций оползней составлены Е.П.Емельяновой (1972, 1905), В.Д.Ломтадзе (1977), Г.С.Золотаревым (1983), Г.И. Тер-Сгепачянпм (1985), Н.^.Петровым (1987). Для решения задач локального прогноза устойчивости склонов наиболее полезны классификации пс механизму оползней, т.к. результаты оползания нооднозна» ны при смещениях разного механизма.

Классифицирование оползней по их механизму осуществлялось Ч.Шарпом, Г.С.Золотаревым, Д.Дк.Варнесом, П.Н.Панюковым, А.М.Деминым, В.Д.Ломтадзе, Н.Н.Масловым, В.В.Кюнтцелем и многими другими авторами; наиболее полные классификации опубликованы М.К.Рзае-вой (1969), а также К.А.ГУлакяном и В.В.Кюнтцелем (1970).

На основе классификаций названных исследователей автором диссертации составлена схема типизации, включающая следующие типы и подтипы оползней по механизму: оползни сдвига (скольжения) - срезающие, консеквентные и срезающе-коноеквентные; выдавливания; вязкопластические - оползни-потоки, сплывы и оплывины; гидродинамического разрушения - суф$озионные и гидродинамического выпора; внезапного разжижения - несейсмогенного и сейсмогенного разжижения; комбинированного механизма. Типизирование выполнено тагам образом, чтобы каждому типу и подтипу оползней соответствовали специфические особенности расчетов устойчивости и прогноза оползневых подвижек. В диссертации освещены характерные условия возникновения каждого из перечисленных типов (подтипов) оползней.

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

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

Для количественной оценки устойчивости склонов и прогнозирования оползней в локальном аспекте применяются следующие основные методы (группы методов): сравнительно-геологические, геологического подобия, механико-математические,' стохастические (вероятностные) , лабораторного моделирования. I

Использование методов сравнительно-геологических р геологического подобия и стохастических затруднено сложностью получения представительного количества исходных натурных ланянх и внбппд критериев подобия, а также условностью определения запаса устойчивости непредельных склонов. Стохастическими методами определить коэффициент устойчивости таких склонов практически невозможно, т.к. достоверные корреляционные зависимости могут быть получены лишь для предельного состояния натурных склонов.

Механико-математические методы основываются на какой-либо физической модели (принципиальной схеме) разрушения склона оползанием и на соответствующей математической зависимости (методе, ■ .юсобе расчета) для определения степени устойчивости склона и .„ругих 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 потенциальной поверхности (в плоской задаче - по линии) скольжения; практически все они используют закон Кулона. Из этой группы для склонов однородного строения, при горизонтальном залегании пород или при падении их вглубь склона применяется метод "круглоцилиндрическои поверхности скольжения" (В.Феллениус, К.Терцаги, Д.В.Тейлор, М.Н. Гольдштейн, Г.И.Тер-Степанян, А.Бишоп, И.В.Федоров, Д.Н.Хатчшгсон и др.). Для склонов любого строения используется ряд других методов, включая наиболее простые методы "прислоненного откоса" и "алгебраического сложения сил". К тому же ряду относятся методы Мас-лова - Берера и Ю.И.Соловьева, которые теоретически правомерны только в нереальном случае предельного состояния в каждом расчетном 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.М Еахуня::ц, Г.Л.Фисенко) и Р.Р.Чугаева, однако при весьма условных допущениях об угле наклона этих сил.

Ьшпепроанализированные методы второй группы являются упрощенными и не отвечают хотя бы одному из трех основных предельных услоз :-л статического равновесия. Предложены и так называемые "ста'чески точные" методы, исходящие из удовлетворения всех трех условий равновесия - "вариационный" (Дорфман, 1965, 1984 и др.) и "общий метод расчета устойчивости" (Можевитинов, Шинтемиров, 1970), но они содержат допущения, не позволяющие говорить об их

\

л

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 тенгенциалышх и удерживающих сил по боковым граням отсеков ("вариационный метод"), и допущение" одинакового наклона силы взаимодействия между отсеками для гсего предельно устойчивого массива ("общий метод расчета").

Специальный метод расчета устойчивости при наличии оползней выдавливания предложен Г.М.Шахунянцем (1961). Согласно этому методу малопрочный 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 склонов применяется расчетный метод конечных элементов, широкое употребление которого сдерживается трудоемкостью расчетов я ограниченностью сферы применения (только для упругого состояния 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 икЕе-иЗрно-ГойЛиГ'йчсОлйл 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 оползнями 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 дефор мирования (при известной или заданной локализации указанных изменений к началу основного смоления); расчетная формула метода удобна и для выполнения обратных расчетов устойчивости.

Глава 3. Особенности деформирования склонов оползнями разного механизма

В качестве типичных примеров охарактеризованы следующие опо лзневые смещения, наблюдавшиеся в разных регионах СССР - оползни сдвига, срезающие (два оползня правого берега Волги: Ульяновск, "альбекий откос", 1979 г.: Горьковская обл., сан. "Зигиенки", 1980 г.) и консеквентные (Ульяновск, Свияжский склон, 1961 г.; Сзрато Соколова гора, 1968 г.- см.рис. I), оползни выдавливания (Одесса ХП оползневой амфитеатр, 1964 и 1965 гг.), вязкопластические оползни (Ульяновск - спуск Железной дивизии, 1957 и 1970 гг.; юж нее Пролетарского спуска, 1915-1969 гг.,), оползни гидродинамичес кого разрушения (оползни суффозионного механизма - Ульяновск, Со ловьев овраг, 1965 г.; Дилижан Армянской ССР, 1977 г.; Курган, 1983 г. см.рис. 2), оползни внезапного разжижения (Узбекистан Таджикистан, описаны по материалам Р.А.Ниязова, 1974, 1985 и др. оползень комбинированного механизма (Волгоград, берег Волги нике устья р.Ельшанки, 1969 г.).

Отмечены следующие наиболее характерные особенности смещени разного механизма. Для срезающих оползней сдвига - возникновение на уступах, ^десятилетиями сохранявших предельную крутизну до начала оползания; образование трещин закола за несколько дней до основного смещения; перемещение тела оползня сопоставимо по величине с высотой исходного уступа. По консеквентным оползням сдЕлга - поверхность скольжения проходила преимущественно по подога е- ранее имевшихся оползневых накоплений, оползание охватывал уча', т-ли с небольшими средними уклонами рельефа (до 6-7°); перемв' щенля во времени каждой подвижки незначительны (первые метры); после подвижки тело оползня не приобретает заметного запаса усто: чиззети и велика возможность повторных смещений, особенно при те:скогенных воздействиях. В отношении оползней выдавливания -процесс выжимания (выдавливания) слабопрочного слоя происходит только в пределах блока нового оползневого закола у бровки склон и охватывает лишь 5-7$ объема этого блока, ниже по склону смещение происходит в виде сдвига по подошве ранее имевшихся на склон

и о. I . Схематический геологический разрез по оси оползня 1968 г. Соколовой горе в г. Саратове

А - приподошвенная полоса верхней части склона; Б - площадка про-вшей поверхности земля в головной части оползня 1968 г.; В - основ-я часть массива оползня 1968 г., надвинувшаяся на нижнуюю оползне-о ступень; Г - нижняя оползневая ступень; 1 - юрские (оксфордские) ты (л ох); 2 - барремские-поскл (кь,); 3 - баррвмские (& ь,) и 'скив С к» ар,) глины; 4 - нижняя пачка апта: слабые песчаники'4« пес-(к, ар,), смещенный по гориз'онтали массив нйжнемелошх пород: 5 -томских глин, 6 - пород нижней пачки апта; 7 - смащошше оползня-блоки кикнемелошх глин; 8 - перемятые оползнешв глины и суглин-9 - пески современного аллювия; 10 - уровень грунтовых вод; II, - профиль склона до (Л)и после (12)подвижки оползня 1968 г.; 13 -;ошва оползня 1968 г. (в том числе подошва массива, надвинувшегося нижнюю оползневую ступень); 14 - векторы смещения при подвижке лзня 1968 г. и их масштаб

0 11 Юн к \ ñ vj-r-rWl ¡J V ' р TbSoíi----- \ ЕБ' Qz [Z3* П'/П Ш'

A' f

WÍ4-H4rffitgíSSS

f/rí* Спд t! Скб.10 Ыв

г i —i i i "_~х Цi >' 111.' ...

шт* ЕЦ9 [ЕЖЗ*

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

I - бровка берегового уступа; 2, 3 - бровка борта опоЛзневой котловины соответственно Через день и три дня ¡после возникновения оползня; ,4 - граница тела оползня; 5 - ^рез реки; Б -скважины; 7 - линии геологических разрезов; 8!- тело оползня, суглинки с нарушенной структурой ( dp Q|y ); 9 ¡- современный аллювий, пески ( а Q); 10 - лессовидные суглинки надпойменной террасы, лессовидные суглинки (a. Q |,_,„ ); II - среднечет-веркгшые озерно-аллювиальные отложения, суглинки и глины со слоя® песков (laQ|| ); 12, 13 - уровень грунтовых вод соответственно в 1983 и 1970 гг.; 14 - профиль берега до возникновения оползня; 15 - уровень р.Тобол. j

оползневых накоплений. Для вязкопластических оползней - подвижки отмечаются в относительно малоуплотненных накоплениях, обводненных преимущественно в течение всего годового цикла, возникновение подвижек связано в основном с сезонным увеличением фильтрационных сил, по устойчивости тела временно стабилизировавшихся вязкопластических оползней обычно близки к предельному состоянию. Оползни гидродинамического разрушения характерны смещением обводненных пород с последующим растеканием; при этом в случае оползней суффози-онного генезиса вслед за первоначальным оползанием происходят в виде последовательных циклов обрушения суффозионных ниш с продвижением головы оползня вверх по потоку подземных вод,обрушившийся материал суффозионных ниш образует стекающее по уклону рельефа разжиженное оползневое тело. Для оползней внезапного разжижения, наблюдавшихся в обводненных лессовых породах Средней Азии, типично возникновение на начальном этапе срезающего оползня сдвига в при-бровочном уступе склона с разжижением отчленившейся массы и быстрым ее движением по склону в виде вязкого течения. Наконец, как пример оползня комбинированного механизма описана подвижка, при которой сочетались деформации сдвига (в головной части оползневого тела) и вязкопластического течения.

Охарактеризованные особенности формирования оползней разного механизма позволяют рекомендовать определенные способы расчета устойчивости и прогноза последствий оползания. 3 частности, для оползней выдавливания правомерно использование тех же расчетных методов, что и для оползней сдвига. Прогноз опасности возникновения оползней суффозионных и внезапного разжижения целесообразно выполнять применительно к определению (расчетом устойчивости) возможности разрушения первоначальным оползнем сдвига крутого уступа в зоне разгрузки подземных вод.

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

С целью уточнения особенностей деформирования склонов срезающими оползнями сдвига проведены несколько серий опытов на моделях из 6 смесей эквивалентных материалов. Опыты выполнялись лабораториями Московского и Одесского университетов в составе комплексных тем, разрабатывавшихся ПНИИИСом; их результаты обобщены в публикациях (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 74°. Эксперименты осуществлены в М1У на поворотной стендовой установке. Одесским университетом -на жестко закрепление»! 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 далее от бровки склона и проникающих вглубь массива до 10 м. 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 деформаций (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-линдрической. Вертикальный уступ у верхнего края поверхности 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 у - угол внутреннего трения, градусы, для 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 соответствующему показателю эквивалентного материала) и с расчетом ширины площадки захвата по Г.Л.Фисенко (1965).

Гаилучшее соответствие теоретических и экспериментальных данных 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 материала. Определенная расчетом по Г.Л.Фисенко ширина захвата составляла

Сопоставление равчетных данных с результатами моделирования

н,1 -лсеввиломхных ш>тервалс«х (параметры дани в пересчете ии натуру)

Т&олкца .1

Параметра эквивалентного Отношение параметров, определешшх расотом, к а.• ргг/етр- издоят*' материала

Угол Енут—| ицепло-' Шшт-реннего нив, но;;ть,

град!Я' кПл г/!м3

Отнопсние величин расчета_

шепления при рсзтс:

?посоои:с

Расчет по гранку А.-Л.ДшлПна

Сопоставление штж;о1 захвата чрЬсчет яо ГЛ.

Расчет по гра^ьсу! Расчет .метода.: , Н.Д.Добасови ' пряслопешюго от- ,

кос;: .

23 150 1,'.)4 0,85 - 1,22 0,42 - 0,57 0,27 - 0,49 0,77 -

1,02 (5) 0,49 (5) 0,38 (4) о,аз (3)

26 33 ; 1,158 1,СЗ - 1,18 0,52 - 0,57 0,39 - 0,52 0,32 - 2,31

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

27 26 1,15 - 1,85 0,58 - 0,8:) 0,32 - 0,92 0,50 - 1,09

1,45 (8) 0,74 (8) 0,78 (3) 0,67 (б)

29 [1,65 1,23 - 1,50 0,64 - 0,85 0,50 - 0,82 0,39 - 1,00

Г 1,37 (6) 0,71 (6) 0,63 (4) (6)

31 40 1 1,00 0,90 - 1,25 0,53 - 0,73 0,10 - 0,53 0,52 - 1,54

1,06 (6) . 0,58 (61 _ . . 0,43 . (4)..... о.лз (6)

35 22 ! 1,62 1,1а - 1,41 0,64 - 0,73 0,59 - 0,59 0,37 - 1,05

1. 1,36 (5) 0,69 Ф . 0,59 (2.1 0,65 „(51 ......

х) злаЧе1ШЯ минимальное - максимальное среднее (число определений)

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

По результатам моделирования можно сделать следующие основные вывода.

1. Расчет устойчивости уступов однородного строения с профилем, близким к прямолинейному, предпочтительнее выполнять на основе графика А.М.Демина. Использование с той же 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 величине 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 брог.ки 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 возникновения 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 хозяйственного использования оползнеопасных территорий, должна обеспечивать полноту и точность результатов прогнозирования особенностей деформирования склонов в локальном аспекте, учитывать реальные возможности применения в широкой практике инженерных изысканий способов оценки и прогноза, входящих в систему.

Предлагаемая система включает операции по определению следующих характеристик деформирования: I) возможность оползания на рассматриваемом склоне; 2) места ожидаемого проявления и размеры

прогнозируемых оползней по глубине захвата, площади и объему; 3) величины и скорости оползневых смещений; 5) время до момента образования каждого ожидаемого оползня; 6) косвенные последствия оползневых деформаций.

Возможность оползания определяется с учетом его механизма. Вопрос о механизме оползня решается преимущественно на качественном уровне посредством сопоставления инженерно-геологических условий рассматриваемого склона и его злементов с условиями, типичными для развития оползней определенного механизма.

Места ожидаемого оползания выявляются последовательным определением устойчивости: I) имеющихся на склоне крутых уступов и откосов; 2) оползневых накоплений (для всей площади их распространения и отдельных морфологических элементов); 3) склона в целом с охватом прилегающей к его верхнему краю приброзочной полосы.

Оценка и прогноз устойчивости каждого склона выполняются аналогичными способами. Отличие прогноза устойчивости заключается з предварительном прогнозировании изменений инженерно-геологических условий и воздействий на склон для периода строительства и последующей -эксплуатации проектируемого объекта. Операции по прогнозу устойчивости охарактеризованы в табл. 2.

Прогноз оползней сдвига и выдавливания предлагается осуществлять в основном методом прислоненного откоса. При этом на уступах, близких к предельному состоянию, при определении возможности срезающих оползней сдвига в верхней половине поверхности скольжения величину сцепления грунта рекомендуется принимать равной нулю (см.гл. 4). Ввиду того, что согласно моделированию и наблюдениям за натурными оползнями ширина оползневого захвата "а" часто превышает (преимущественно до двух раз) величину, полученную расчетом по Г.Л. Фисенко, построение потенциальных опасных поверхностей скольжения целесообразно выполнять для двух вариантов ширины захвата - "а" и "2 с. ".

Возможность подвижек зязкопластических оползней предлагается определять расчетом с применением метода алгебраического сложения сил, сравнивая суммарную прочность элементарных участков подошвы потенциального оползня (вычисляется, исходя из величины порога ползучести) с суммой сдвигающих усилий для тех же участков.

Прогноз образования оползней суффозионных, гидродинамического выпора и внезапного разжижения должен осуществляться с учетом силового воздействия подземных вод. В соответствии с натурными особенностями формирования оползней суффозионных и внезапного разжижения прогноз их возникновения сводится к прогнозу первичных смещений, от-

Таблица 2

Схема операций по прогнозу устойчивости склонов

Схемы прогнозируемого оползания

Задачи прогабза

Способы выполнения прогноза

I, ПРОПЮЗ 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)

го 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

и^лшсьшистто хаил

I 2 | 3

о Потенциальные 5 Поверхности скольжения £ г -1\\2 Профцльпослв\\ Опалзнееые Агт гоползания \\ накюиенм/М « (прогмз) -—:—у.--------- Малопрочные несметные Пины = П. ПРОГНОЗ УСТОЙЧИ Прогноз возможности одновременного оползания всего склона с захватом нагорной прибровочной полосы ВОСТЙ 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. ПР0Ш03 ПОСЛВДСТБИ 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)*^, моделирование на эквивалентных материалах (при прогнозе оползней вязкопластических, сдвига, выдавливания)30^, 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 начало оползания

Для стабильных участков - расчет устойчивости 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 последствий оползания

Определение ожидаемых разрушений и аварий для сроружений 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

го го

х) XX)

Используется также метод аналогии для оползней любого механизма.

Поеимутнпптврннп пня пл.

1 (1 1/ТП ,-\г-

носящихся по механизму к сдвигу (см.гл.3),с использованием методов, применяемых для оползней сдвига. Начальная стадия основного смещения оползней гидродинамического выпора также представляет собой деформирование сдвигового типа, отсюда для прогноза их возникновения применимы те же методы расчета.

Размеры оползней, величины и скорости их перемещения прогнозируются (применительно к предшествующему прогнозу механизма оползня)по аналогии с ранее наблюдавшимися натурными оползнями, расчетными методами или моделированием.

Размеры оползней сдвига, выдавливания и гидродинамического выпора по площади, глубине захвата и объему могут определяться серией расчетов устойчивости по створам, проведенным в пределах геоморфологически обособленных участков склона.

Для оползней выдавливания положение их языковой части (зоны выпора) нами совместно с П.Н.Науменко предложено прогнозировать, сопоставляя графики изменения (в направлении падения склона) величин оползневого давления и суммарной (для рассматриваемой вертикали) прочности имеющихся на склоне оползневых накоплений. Верховой край зоны выпора соответствует точке пересечения названных графиков, а мощность оползневых накоплений в этой точке

будет равна — . где V- оползневое давление в

кр еС)11-1м оп

точке пересечения графиков, кН;Ьсж- прочность оползневых накоплений на сжатие, кПа.

Длину зоны формирования суффозионного оползня (см.рис. 3) предлагается определять по следующей выведенной нами аналитически зависимости: И,- Н— Л.

I _ КР ол_а

> (I)

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

.- У — - критическая глубина у низового края зоны формирования оползня, м;

у, - соответственно расход, м3/сут на I м ширины потока, и коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/сут;

критическая величина фильтрационного градиента, вызывающая суффозионное разрушение грунта;

углы наклона соответственно кровли водоупора и поверхности оползающих разжиженных масс, градус;

Кп^^е, ~ соответственно глубина подошвы оползающих масс и глубина от этой подошвы до водоупора у нижнего края зоны формирования, м.

Р и с. 3 . Схема к прогнозу суффозионного оползня

1 - исходный профиль рельефа; 2 - кровля Еодоупора; 3-5 - прогнозируемое состояние на момент завершения суффозионного выноса (3 -прогнозируемый профиль рельефа, 4 - тело суффозионного оползня, 5 -уровень грунтовых вод)

Если o¿B^a¿gn , зона формирования оползня охватывает всю длину суффозионно неустойчивого слоя в пределах такого уклона водоупopa. Согласно натурным наблюдениям, величина hon составляет 2-4 м.

Величины и скорости перемещения оползней могут прогнозироваться, во-первых, по аналогии согласно результатам натурных наблюдений, а в случаях целесообразности Сна ответственных объектах) - моделированием на эквивалентных материалах. Для оползней сдвига и выдавливания величины смещений при необходимости определяются также серией расчетов устойчивости из условия полной потери сцепления грунта по поверхности скольжения в конце оползневой подвижки; максимальную скорость смещения Т/этих оползней предлагается вычислять по соотношению 1T3=gSFCp ^/р , где F^p - средняя величина силы трения по подошве оползающего тела на заключительной половине величины его перемещения S ,^ -ускорение силы тяжести,Р - вес прогнозируемого оползня. Скорость вязкопластических оползней можно прогнозировать по формулам вязкопластического течения (Н.Н.Маслов, Г.И.Тер-Степанян, К.Ш.Шадунц и др.).

Прогноз временя возникновения оползневых подвижек осуществляется на основе предшествующего прогнозирования поэтапных изменений инженерно-геологической обстановки с выполнением соответствующих расчетов устойчивости. Срок возникновения подвижки принимается соответствующим времени, для которого согласно расчету величина коэффициента устойчивости впервые достигнет предельного значения. Этот срок может определяться также с учетом региональных данных о ритмичности и цикличности развития оползней (В.В.Кюнтцель, А.И.Шеко, Ю.Г.Баландин и др.).

Для склонов, находящихся в состоянии установившейся или прогрессирующей ползучести, способы определения сроков их "обрушения" (т.е. начала основного смещения оползня) предложены М.Саито (1979, 1983 и др.) и Ю.И.Туринцевым (1977). Согласно выполненному нами анализу достаточно достоверный прогноз может быть получен логарифмическим и графоаналитическим методами М. Саито (соответственно для установившейся и прогрессирующей ползучести). При этом в случае вычислений логарифмическим методом М.Саито в расчетной формуле правомернее использовать не относительную, а абсолютную скорость ползучести в мм/мин.

В заключительном разделе главы рассмотрено поэтапное определение устойчивости склонов на примере прогноза переформирования берегов водохранилищ, охарактеризованы способы прогноза продолжительности различных этапов переработки берега, характерных появлением и развитием новых оползней в абразионном уступе, локальным и фронтальным отступанием бровки берегового склона.

Глава 6. Исходные сведения для расчетов устойчивости склонов

Из комплекса инженерно-геологических данных, требующихся в качестве исходной информации для обоснования расчетов устойчивости, сссйыс трудности связаны и ирох'нозом изменения свойств горных пород и определением их прочности на сдвиг, а также с выявлением в натуре поверхностей оползневого смещения.

В отношении изменения свойств пород подчеркнута необходимость прогноза влияния выветривания (с учетом результатов наблюдений Г.С.Золотарева, Ю.Д.Матвеева, Л.А.Молокова и др.) и вибрационных воздействий (применительно к результатам исследований А.М.Демина). Вследствие большого влияния влажности на прочность пород немалое значение имеет прогноз увлажнения грунтового мае-

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

Надежность показателей сопротивления сдвигу, используемых в прогнозе деформирования склонов, резко повышается при использовании обратных и контрольных расчетов устойчивости. Для натурных оползней обратные расчеты наиболее целесообразно выполнять методом прислоненного откоса, решая систему из двух уравнения (одно соответствует началу, другое - завершению рассматриваемого смещения); во втором уравнении величина сцепления по поверхности скольжения принимается равной нулю. Обратные расчеты полезно применять и для близких к предельным по устойчивости неоползших крутых натурных уступов (с аналогичным геологическим строением) в случае, если прослеживается закономерное уменьшение крутизны уступа с возрастанием его высоты. Причем на каждом уступе вогнутого профиля (при однородном его строении) оправдано выполнение нескольких обратных расчетов с условным разделением уступа на несколько уступов разной высоты. Для таких расчетов удобно применять специальный график (Тихвинский, 1988), составленный на основе дополнения графика А.М.Демина (1973).

Контрольные расчеты заключаются в проверке надежности принятых показателей прочности на сдвиг посредством вычисления коэффициента устойчивости склона (или его элемента) применительно к конкретной натурной инженерно-геологической обстановке. Если контрольной расчет, произведенный для условий конкретного оползневого смещения, дает величину коэффициента устойчивости, отклоняющегося от единицы более чем на 5-10$, нужно откорректировать либо принятые показатели сопротивления сдвигу, либо исходную расчетную схему (корректировка "реконструкции" профиля рельефа, гидрогеологических условий, положения поверхности скольжения). Для неоползшего элемента рельефа исходные значения прочности на сдвиг следует считать неоправданно заниженными, если согласно контрольному расчету коэффициент устойчивости оказывается меньше единицы.

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

Глубину подошвы натурных оползней, помимо традиционных методов (бурение, геофизические исследования, наблюдения по глубинным реперам), можно определять аналитически выведенным расчетным спо-

собом совмещенных профилей рельефа (Тихвинский, 1977 и др.) при наличии сведений о профиле склона (до и после оползания) и величине конкретного оползневого смещения. Способ предназначен в основном для оползней, смещающихся единым массивом по одной поверхности скольжения.

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

К

_ Ох-Г*

(2)

е*о6 ,

где Оц'^к ~ площади сечения соответственно в зонах "сноса" и "аккумуляции" оползших масс до вертикали, проведенной через начальное положение рассматриваемой точки "к" (см.рис. 4,а), м2;

5К - величина вектора смещения точки "к", м; - угол наклона этого вектора к горизонту.

С учетом разуплотнения пород при оползании

где

а,г

г

(3)

площади сечения соответственно в зонах сноса и "аккумуляции" по всей длине оползня (рис.4,б), м2.

Рис. 4. Схемы перемещения верхней части (а) и всего тела (б) оползня [, 2 - профиль склона соответственно до и после оползневой под-зижки.

Рассмотренный способ аряывшш и для вязкопластичвских оползней, если известно распределение скоростей оползания по глубине; при этом формулы (2) и (3) приобретают следующий вид:

и - _

аЛ+Ж-М^Ш

Нк гКуЗнЫЛоС , (5)

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 оползнеопасных территориях

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-

гих случаях целесообразно включать в состав изысканий режимные (стационарные) наблюдения за развитием, оползней, изменением факторов оползнеобразования и работой противооползневых сооружений.

Для обеспечения надежности выбора расчетных показателей сопротивления пород сдвигу лабораторные исследования следует проводить по особым методикам и дополнять обратными п контрольными расчетами устойчивости (см.гл. 6). Обратные расчеты устойчивости должны выполняться со строгим учетом этапности оползневых подвижек, в частности, должна учитываться разница между свойствами пород для вновь отчленяющихся блоков и примыкающих к ним ранее сформированных оползневых накоплений.

При изысканиях наряду с оценкой эффективности противооползневой защиты, осуществленной на площади проектируемого объекта, необходимо обобщать опыт предшествующей борьбы с оползнями в рассматриваемых региональных условиях с использованием следующих основных критериев эффективности отдельных защитных сооружений или мероприятий (Тихвинский^ Рзаеза, 1982): I) степень обеспеченности устойчивости склона после реализации защиты; 2) степень выполнения сооружением (мероприятием) частной задачи, предусмотренной проектом; 3) распределение положительного воздействия защиты во времени; 4) экономическая эффективность защиты, е том числе в сопоставлении с другими возможными вариантами мероприятий по борьбе с оползнями. Для оценки экономической эффективности целесообразно применять количественные критерии, предложенные М.Е. Певзнером (1978), К.Ш.Шадунцем (1976) и др. авторами. Экономическую эффективность жилой застройки на оползнеопасной территорий представительно оценивать по средней (для комплекса зданий определенной этажности) стоимости квадратного метра жилой площади (Тихвинский, 1979).

Проводить изыскательские работы за пределами площади непосредственного размещения объекта строительства полезно или даже необходимо в целях: поиска натурных аналогов (для оползней, отсутствующих на рассматриваемой площадке, но возможных здесь при дальнейшем изменении природных условий); выполнения обратных и контрольных расчетов устойчивости; оценки эффективности осуществленной обрьбы с оползнями; определения опасности, которую могут вызвать для проектируемых сооружений оползневые смещения, развивающиеся (или прогнозируемые) вне территории площадки.

В заключительном разделе главы рассматриваются особенности

изучения оползней на разных стадиях разработки инженерной загщть Особое внимание уделено вопросам обоснования комплексных схем ш: женерной защиты (генеральных, специальных и детальных). Согласнс современным требованиям, определенная этими схемами суммарная ст. имость защитных мероприятий не может быть превышена при последуя щем проектировании. С учетом того, что названные схемы охватывак обширные территорий, необходимая точность определения стоимости противооползневой защиты достижима на основе относительно мелкомасштабного инженерно-геологического районирования в сочетании с детальным изучением ключевых (опорных) участков в мостах типичне го проявления оползневого процесса. Количество ключевых участки: и детальность их изучения должны быть достаточны для определения стоимости требующихся на них защитных мероприятий. Предлагаемая детальность исследований выражена через масштабы инженерно-геолс гических съемок для карт-врезок (на ключевых участках)и всей те£ ритории, охватываемой схемой. В соответствии с материалами коллективного доклада (Г.С.Золотарев, К.А.Гулакян, И.С.Тихвинский, В.С.Федсренко, А.И.Шеко), представленного в 1983 г. на заседании секции НТС Госстроя СССР, в зависимости от трех градаций сложное ти природных условий (весьма сложные, сложные, простые) рекомендуются следующие масштабы инженерно-геологических съемок: для схем генеральных - от 1:100000 до 1:500000 (карты-врезки в масштабе 1:5000 - 1:25000), специальных - от 1:25000 до 1:100000 (врезки 1:2000 - 1:5000), детальных - от 1:5000 до 1:25000 (врез ки 1:1000 = 1:5000).

Глава 8. Использование метода оползневого потенциала для регионального прогноза оползней

Метод оползневого потенциала (Гулакян, Кюнтиель, Постоев, 1975, 1977) применяется в целях прогноза пораженности территории оползневыми процессами без уточнения мест проявлений каждой из конкретных оползневых подвижек. В количественном отношении пора-женность каким-либо экзогенным геологическим процессом А.И.Шеко (1974 и др.) предлагает выражать коэффициентом пораженности; в нашем случае это коэффициент пораженности активными оползнями ( ^а.оп )» равный отношению площади активных оползней по всей рас сматриваемой площади.

Оползневой потенциал представляет собой вероятность поражения оползнями элементарной площадки в зависимости вероятностей, отвечающих воздействию рассматриваемых факторов оползнеобразо-

эния. Исходную вероятность определенного фактора Рк авторы

зтода принимают равной отношению площади активных оползней ко

:ей площади распространения фактора. Данное предложение некорр-

$тно:в соответствии с ним фактически оценивается влияние не од-

эго, а всей совокупности действующих факторов. Это может приво-

1ть, кроме неправильной количественно!! оценке роли кенкретного

жтора, даже к противоположную качественной характеристике его

»действия (Тихвинский, 1981).

Предложенное усовершенствование метода (Тихвинский, 1978,

388) заключается в следующем. Если будет установлена величина

£ для какого-либо определенного фактора оползнеобразования (с

«зтом его класса), вероятность для любого другого к-го

зктора можно находить по формуле _ „

Р ="Р -Д + —о-и

гк ъ 1-й; 1-\/п , (5)

;е величины оползневого потенциала соответственно в

шах К-го и п -го факторов при одинаковом составе других ¡ктороз оползнеобразования.

Для групп участков, в которых окажутся известными вероят->сти всех факторов, кроме одного ( ¿-то), из основного уравне-щ оползневого потенциала вероятность для ¿-го фактора шна соотношению

/- IV

Же-м • (6)

(е величина оползневого потенциала для данной группы

[астков; ю ~ общее число действующих факторов; П - знак юизведения; - вероятности воздействия каждого из действую-[X факторов, кроме ¿-го.

После того, как определены исходные величины вероятностей я каждого класса всех факторов. прогноз рязштия оползней вы-лняется по предложенной авторами метода формуле оползневого |Тенцнала с подстановкой в нее вероятностей воздействия факто-3, соответствующего специально запрогнозированным изменениям женерно-геологической обстановки и воздействий на склоны. Вели-ны оползневого потенциала, рассчитанные указанным способом, дут соответствовать прогнозным значениям коэффициента поражен-сти активными оползнями.

Проверка точности метода оползневого потенциала, осуществ-нная нами с использованием вышеприведенной методики, показала, о для представительных сочетаний факторов соотношение рассчи-

тайных и фактических данных оказалось в пределах 0,77-1,39. Следовательно, 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 выводы.

1. При разной механизме оползней их развитие и результаты воздействия существенно отличаются, в связи с чем оценка и прогноз устойчивости склонов должны выполняться строго применительно к механизму оползня. Для обеспечения представительности инженерно-геологического обоснования противооползневой защиты в состав прогноза устойчивости склонов кроме определения степени устойчивости необходимо включать характеристику прогнозируемых оползней (границы распространения, глубина захвата, срок возникновения, скорости движения, косвенные последствия оползания).

2. В ряде регионов СССР установлены закономерности деформирования склонов оползнями всех основных типов по механизму, охарактеризованы типичные особенности возникновения и хода развития деформаций (появление трещин закола до основного смещения оползней сдвига, проскальзывание по поверхности прежних смещений при оползнях выдавливания, первичные подвижки сдвигового типа на начальном этапе формирования оползней суффозионных и внезапного разжижения и др.). Учет этих особенностей повышав1! представительность расчета устойчивости склонов и количественного прогноза оползневых смещений.

3. Оценка достоверности расчетных методов, применительно к развитию срезающих оползней сдвига, выполненная по результатам лабораторных экспериментов на моделях склонов из эквивалентных материалов, позволила установить, что наилучшее совпадение расчетных и экспериментальных данных отмечается при расчетах устойчивости уступов однородного строения по дополненному автором диссертаций графику А.М.Демина. При использовании метода прислоненного откоса необходима корректировка величин сцепления с учетом предшествующего оползанию частичного разрушения структурных связей пород. Обоснована перспективность использования моделирования на эквивалентных материалах для усовершенствования методов расчета устойчивости и прогноза параметров оползней.

4. Разработанная система операций для количественной оценки и комплексного локального прогноза устойчивости склона регламентирует последовательность выполнения оценки и прогноза местной и общей устойчивости склона, позволяет определять опасность возникновения оползней разного механизма, прогнозировать их размеры по площади и в глубину, время возникновения и скорости оползневых . подвижек. В систему включены, в частности, предложения автора по расчету местоположения вала выпора оползней выдавливания (разработано совместно с П.Н.Науменко), по количественному прогнозу оползней вязкопластических, суффозионных и внезапного разжижения, по использованию методов М.Саито для определения срока основного смещения оползня на склонах, находящихся в состоянии ползучести. Данная система оценки и прогноза устойчивости весьма технологична и целесообразна для широкого применения в практике инженерно-геологических изысканий на оползнеопасных территориях.

5. Усовершенствованная автором методика обратных и контрольных расчетов устойчивости позволяет отражать этапность развития конкретной оползневой подвижки, выполнять обратные расчеты устойчивости неоползших уступов, оценивать обратными расчетами степень силового воздействия подземных вод.

6. Полученный автором аналитическим путем и апробированный на натурном оползне расчетный метод дает возможность определять глубину оползневого захвата по сопоставлению профилей рельефа до

и после конкретной оползневой подвижки с учетом величины смещения. Метод применим для оползней сдвига и выдавливания, а также, при наличии сведений о'распределении скоростей оползания по глубине, и для вязкопластических оползней.

7. Инженерно-геологические изыскания для обоснования строительства на оползнеопасных территориях следует выполнять с учетом особых требований, раскрытых в диссертации. В частности,целесообразно включать в состав изысканий режимные наблюдения за оползнями и факторами оползнеобразования, изучение опыта противооползневых мероприятий с оценкой их эффективности по особым критериям, проверку надежности лабораторных определений прочности пород на сдвиг обратными и контрольными расчетами устойчивости. При этом рассмотрена специфика изысканий на разных стадиях разработки противооползневой защиты, указана целесообразная детальность изучения оползней на ключевых участках и на всей территории, охватываемых генеральными, специальными и детальными схемами инже-

нерной защиты.

8. Методика определения походных вероятностей, предложенная но основе теоретического развития метода оползневого потенциала, позволяет определять ожидаемую величину пораженное™ территории активными оползнями при региональном прогнозе оползне-проявления. Осуществленная проверка точности прогнозирования показала возможность применения данной методики для ориентировочного количественного регионального прогноза оползневой пора-кенности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

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

2. Научная экскурсия Международного симпозиума "Инженерно-геологические свойства глинистых пород и процессы в них". Москва-Ульяновск, сентябрь 1971 г. Инженерно-геологическая характеристика нижнемеловых глин, оползней и переработки берега Волга в

г. Ульяновске. М.: Иэд-во [ЛГУ, 1971. 18 с.

3. Опыт крупномасштабного инженерно-геологического картирования с целью обоснования схемы противооползневых мероприятий в~ г.Волгограде // Инженерно-геологические проблемы градостроительства. М.: Кзд-во МГУ, 1971. С. 177-179 (соавтор Пичугинэ ГЛ.).

4. О требованиях к изысканиям, проводимым для оценки устойчивости оволзнезых склонов // Проблемы грунтоведения и инженерной геодинамики (Тр.ПНИЖС, т.УП). М., 1971. С.210-220 (соавтор Рзаева М.К.).

5. К методике использования обратных расчетов для оценки устойчивости оползневых склонов // Современные геологические процессы и строительство (Тр.ПНЖИС, т.ХУХ). М., Г972. С.10-20.

6. О влиянии гидравлических сил на формирование повторных подвижек крупных оползней в г.Ульяновске // Современные геологические процессы и строительство (Тр.ПНИИИС, т.ХУД). М., 1972

С.87-93.

7. К инженерно-геологической оценке опыта борьбы с оползнями на берегу Черного моря северо-западнее Сухуми // Проблемы инженерной геологии Северного Кавказа. Вып.5. Сочи. С.102-109 (соавтор Самохвалова М.П.).

8. К методике крупномасштабного инженерно-геологического картирования оползневых склонов // Вопросы теории и методики инженерной геодинамики (Тр.ПНИИИС, вып.32). (Д.: Стройиздат, 1975. С.57-68.

9. Анализ опытч расчетов устойчивости некоторых оползневых склонов Поволжья и Черноморского побережья // Проблемы инженерной геологии в связи с использованием геологической среды. Тема 3: Тезисы докладов Всессюз. конф. Л.: Изд-во Л1У, 1976. С.106-108.

10. К вопросу оценки устойчивости оползневых склонов берегов Черного моря П Вопросы изучения геодинамических процессов (Тр. ПНИИИС, вып.43). М.: Стройиздат, 1976. С.44-50.

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

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

13. Оценка устойчивости волжского склона в г.Ульяновске ис-торико-геологическим и расчетными методами // Инженерные изыскания в строительстве. Исследования геодикамических процессов. Реф. сб. Сер. 15. М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1977. С. 13-18.

14. О факторах, определяющих формирование блоковых оползней в Ульяновске, Саратове и Волгограде // Геодинамические процессы и строительство (Тр.ПНИИИС, вып.47). М.: Стройиздат, 1977. С.85-101.

15. Расчетный способ определения профиля поверхности смещения оползней по изменениям в рельефе склона // Инженерные изыскания и строительстве. Исследования геодинамических пропосеов: Реф.сб. Сер.15. М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1977. С.18-22.

16. Tikhvinski 1.0Sheshenya N.L. Geological factors in development of block slides in plateau and fold mountain regions (illustrated Ъу Volga and Tyan Shan regions)//Bull. IAEG, 3 977. No. 16, P. 118-120.

17. К вопросу об инженерно-геологических принципах выбора противооползневых мероприятий // Тр. I Всесоюз.конф. по инк.геологии. Т.2(ч.I). Тбилиси, 1978. С.71-80 (соавтор Рзаева М.К.).

18.. К вопросу об использовании метода оползневого потенциала // Разработка методов прогнозной оценки развития оползневых явлений в условиях горно-складчатых областей альпийского орогена: Матер. 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.ПНИИИС, вып.56). М.: Стройиздат, 1978. С.20-27.

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

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

22..'Определение границы зоны шпора для оползней выдавливания 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 прогнозе оползней // Современные методы прогноза оползневого процесса. М.: Наука, 1981. С.29-33.

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

1982. C.III-II9 (соавтор Рзаева М.К.)„

25. Комплексные режимные инженерно-геологические наблюдения на территориях промышленного и гражданского строительства // Режимные инженерно-геологические наблюдения в городах. М.: Наука,

1983." С.19-23 (соавторы Баулин В.В., Хоменко В.П., Зиангиров P.C. и др.).

26. Расчет устойчивости оползневых склонов и откосов // Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям на оползневых склонах Северного Кавказа с целью их хозяйственного использования. М.: Стройиздат, 1983. C.4I-46.

27. Система режимных наблюдений за развитием геологических процессов на застроенных территориях // Режимные инженерно-геологические и хедрогеологические наблюдения в городах. М.: Наука, 1983. С.28-31 (соавтор Шешеня Н.Л.).

28. Современные методы оценки геодинамической обстановки применительно к задачам инженерной защиты •.'•еррнторпП // Проблемы инженерной геологии городов. М.: Наука, 1983. С.96-99 (соавторы Шешеня Н.Л., Васильев В.И.).

29. Геологические и зонально-климатические особенности формирования оползней. И.: Наука, 1984. 125 с. (соавтор Шешеня Н.Л.).

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

31. Особенности инженерно-геологических изысканий при обосновании разных стадий проектирования и строительства га оползне-опасшис территориях // Тезисы докладов У Всесоюзной конференции "Проблемы инженерной геологии в связи с прэмышленно-гражданским строительством и разработкой полезных ископаемых. T.I. Свердлове!:, 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, -зтгЛ'.г.нягтих использование геологической среды п~ городских терпите о::ях // 27-й Международный геологический контре v. Тезисы. ТоУШ. М.: Наука,

; 1984. С.193-194 (соавторы Зиангирс, IV';., Ipa.tom Разумов

Г.А., Хоменко В.П.).

34. Противооползневая защита r.i'.-.ьяноЕска // Оползни и сели. Том 2. ¡.:.: Центр международных проектов IKHT, 1984. С.98-102.

35. Гекоменд1 чии по количественной оценке устойчивости оползневых "глонов. М. : Стройиздат, 193'!. 80 с.

3t. Обзор и перспективы усовор- нствования методики прогноза передо;.::иргтзния ¿трогов ги^ль-х ».^д .-лушшлищ //' Экзогенные чроцес-сы и проблемы рационального использования геологической среды. Ташкент: САШРС, IG85. С.95-10:.

37. Применение оползневых i • < яфикзций для решения задач инженерных изысканий // Проблемы ; •;ссяф*пиров8'-.«1 склоновых гр:~ витаиионш* процессов, i.i. : Наука, r.'î'î. ,;.75-!!Г'.

38. Иряишиы защиты сооружен- •• .. от воздействия "п'-лммй, f'.'j члое п солей. Борьба с сп-ллзкяуе •• предел:;:: р'чнигоо-платфор.мен::.'::: территорий. Сне- _::фзяка 6 >ы5н с п.> .*. орегих

и океанских побережьях // Теоретические основы инженерной геологии. Социально-экономические аспекты. М.: Недра, 1985. С.176-178, I8I-I84, I90-I9I.

39. Проблемы инженерно-геологического обоснования строительства на оползнеопасных территориях // Инженерно-геологическая характеристика грунтов и процессы в них. М.: Наука, 1985. С.99-104 (соавтор Тер-Степанян Г.И.).

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

41. Условия формирования суффозионных оползней в лессовидных породах // Инженерно-геологические исследования для строительства. М.: Наука, 1985. С.73-78.

42. Особенности прогноза переработки оползневых берегов водохранилищ // Свойства грунтов и инженерно-геологические процессы. М.: Наука, 1987. С.90-96.

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

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

45. Оценка и прогноз устойчивости оползневых склонов. 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 характера деформирования // Проблемы инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии районов интенсивной нагрузки и охрана геологической среды: Тезисы докладов I Всесоюз.съезда инженеров-геоло гов, гидрогеологов и геокриологов. 4.4. Киев: Наукова думка, Г98

Подписано к печати 14.07.89 г. Объем 2 печ.л. Тир.100 экз. Ротапринт ПНИИИС. Заказ й 457. 1989 г.

С.192-194