Катастрофы: неистовая Земля
Шрифт:
Любое ускорение движения и признаки деформаций, связанных с изменением объема, можно обычно считать симптомами надвигающегося обрушения. Но надо еще установить, когда это обрушение произойдет. На основании опыта удавалось достаточно точно предсказывать некоторые обрушения склонов в крупных открытых карьерах. Однако выполнять прогноз на участках, сложенных разнородными грунтами, трудно, если нет надежных сравнительных данных. Например, зарегистрированное движение склонов горы Маунт-Ток не дает должных количественных характеристик, чтобы можно было предусмотреть оползень на реке Вайонт. В 1969 г. в Японии проводился эксперимент по контролю движений склона. Для этого склон был специально насыщен водой, но оползень начался раньше, чем ожидалось, и в результате погибло несколько наблюдателей. Этот случай наглядно свидетельствует о том, что
Строительные работы обычно влекут за собой увеличение крутизны склонов. Даже в том случае, когда строительство ведется с учетом результатов лабораторных исследований грунтов, реальные критические углы склона часто удается выявить лишь на самом объекте в естественных условиях. Устойчивость склона может быть повышена при тщательном поверхностном и подземном дренировании. В небольшом масштабе можно применять такие методы, как регулирование нагрузок на грунт, установка штанговых крепей для фиксирования трещин, инъекция цементного раствора и даже забивание свай, если это не нарушит «чувствительные» глины. В каждом конкретном случае необходима соответствующая комбинация методов. Потенциальную опасность разжижения глин удается иногда устранить, подвергнув их сжатию в условиях искусственной вибрации. Сцепление глинистых частиц может быть также усилено путем замещения натрия кальцием в их структуре. Этот метод успешно используется в настоящее время, хотя следует иметь в виду, что удаление натрия может повысить чувствительность некоторых морских глин.
Если эти средства не подходят и можно гарантировать, что внезапного крупного обрушения не произойдет, следует, очевидно, смириться с проявлениями незначительных оползней. Итальянские инженеры используют при дорожном строительстве кратковременную устойчивость некоторых природных материалов. Вместо проходки туннелей они создают выемки с крутопадающими стенами, прокладывают открытым способом будущую дорогу, а затем, когда трасса и перекрытие туннеля готовы, засыпают их сверху. Это оказывалось экономически более выгодным, чем сооружение туннеля способом подземной проходки или чем создание открытых выемок с очень пологими склонами.
Если мелкие оползни, возникающие при строительных работах, можно ликвидировать путем забивания свай или полной выемки породы, то более крупные оползни можно лишь стабилизировать при помощи одной из форм дренажа. Поверхностное дренирование осуществляется канавами, расположенными либо по периферии оползнеопасной площади, либо в одну линию непосредственно на оползневом участке. Подземное дренирование проводится путем проходки штолен или бурения горизонтальных скважин с перфорированными обсадными трубами. Однако эти виды дренирования не годятся для таких грунтов, как относительно непроницаемые глины и алевриты. Поэтому для стабилизации оползня в мокрых глинах его требуется предварительно осушить. Для этого используют метод электроосмоса, который успешно практиковался в «чувствительных» глинах Норвегии и Канады, либо нагнетают в скважины горячий воздух, что впервые было применено в Калифорнии в 1932 г. Хорошо известен также метод стабилизации оползня замораживанием. Однако замораживание ''увлажненных осадков приемлемо лишь на короткий период, его удобно использовать, например, для создания временных выработок при строительстве. Во всем мире для борьбы с оползнями наиболее широко и успешно применяются сравнительно несложные методы, дренирования. Оползень отвала в городке Пентре (долина реки Рондда, Уэльс) в 1916 г. был остановлен при помощи поверхностной и подземной систем дренажа, удалявших ежесекундно около 0,056 м3 воды.
В районе Сиез-Пойнт на севере Калифорнии в 1950 г. произошло несколько оползней в неуплотненных осадках вдоль дорожной выемки протяженностью 450 м. Оползни удалось стабилизировать с помощью пробуренной дренажной сети длиной около 2 км, а также путем искусственного уменьшения наклона выемки. Канавы, скважины и штольни дренировали оползни в Гандлове (Чехословакия), благодаря чему их движение через два месяца было остановлено. Все эти оползни были, по счастью, небольшими. Более крупные оползни, к сожалению, контролировать труднее, и инженерам-строителям почти беспрестанно приходится с ними бороться.
К востоку от Фолкстона на юго-восточном побережье Англии под высокими меловыми утесами протягивается пересеченная местность, известная под названием Уоррен. Оползни на этом участке начались несколько тысяч лет назад и продолжаются до сих пор. Оползневый участок Уоррен представляет собой зону шириной около 360 м и высотой над уровнем моря от 15 до 45 м, которая прослеживается на расстояние более 3 км вдоль побережья. Нижней границей этой воны является невысокий береговой обрыв, а другой край обращен в сторону системы Хай- Клифф — сложенных белым мелом утесов, возвышающихся на 100–120 м.
Геология района Фолкстон — Уоррен очень проста. Мощность мела в утесах Хай-Клифф составляет более 150 м. Подстилает эту толщу гольт — крепкие переуплотненные серые глины мощностью от 40 до 50 м, залегающие в свою очередь на водопроницаемых песчаниках. В разрезе встречаются также тонкие, иногда водоносные, прослои мергелей и песчаников, но они не оказывают никакого влияния на оползни в зоне Уоррен. Вся толща падает под углом около Г на северо-восток. В западной части зоны крутой меловой откос обращен в сторону материка, а в восточной части контакт мела и гольта располагается ниже уровня моря и, находясь в условиях постоянной влажности, не оказывает влияния на устойчивость пород.
В 1765 и 1800 г. в зоне Уоррен были зарегистрированы крупные оползни, однако они не причинили ущерба. Об опасности вскоре забыли и не учли ее при сооружении железнодорожной линии Фолкстон — Дувр, которая была проложена вдоль зоны Уоррен. Движение поездов по этой линии началось в 1844 г. Она может служить классическим примером того, где не следует прокладывать железную дорогу. Проектировщики просто не понимали, насколько опасен выбранный ими район, но отчасти их можно оправдать тем, что другого варианта у них не было: рельеф мела Дауне исключал всякую возможность строительства железной дороги во внутриматериковых районах, а прокладывать 6-километровый туннель, чтобы обогнуть зону Уоррен, было бы слишком долго и дорого. К настоящему времени успешные работы по борьбе с оползнями устранили необходимость постройки обходного туннеля. В 1934 г., когда возникла угроза оползня и народ пребывал в панике, распоряжение о строительстве туннеля было дано, но его проходка так и не была начата.
За два столетия в этом районе было зарегистрировано более 30 крупных оползней, причем те из них, которые произошли после 1844 г., изучались достаточно детально. В 1877 г. случился крупный оползень, вследствие чего обрушился туннель Мартелло. Поездов в туннеле, к счастью, не оказалось. Не столь удачливы были пассажиры поезда, проследовавшего по этой дороге в декабре 1915 г., тогда здесь произошел сильнейший оползень, который сбросил состав с железнодорожного пути. При этом почти вся зона Уоррен переместилась в виде одного массивного блока. Верхний уступ съехал почти вдоль всего основания системы Хай-Клифф. Железнодорожный путь сместился на 50 м в сторону моря, опустившись на 6 м. В результате подвижки донных грунтов образовался мыс, который выдается в море на 400 м. Обломки пород, упавших с утесов Хай-Клифф, засыпали часть железнодорожного пути. В полотне дороги внезапно возник уступ высотой 5 м. При этом южным краем оползневой массы был настигнут поезд и произошло крушение. Движение на линии было восстановлено лишь в 1919 г., что в известной мере вызывалось потребностями военного времени. Во время оползня 1937 г. в облицовке туннеля Мартелло образовались трещины, но ни этот оползень, ни последующий, произошедший в 1940 г., не привели к особым разрушениям железнодорожного полотна.
Оползневое движение зарождается вдоль трещин растяжения, почти параллельных фронту обрывов, где образуются изогнутые поверхности скольжения. Породы при своем движении сначала опрокидываются назад, закрывают трещину растяжения и временно сдавливают коренной массив, а затем, через некоторое время, соскальзывают.
Более широко распространены в зоне Уоррен крупные многократные вращательные оползни, развивающиеся преимущественно в гольтских глинах. Эти оползни зарождаются в зоне глин, обогащенной монтмориллонитом, для которой характерно гораздо более низкое сопротивление сдвигу, чем это наблюдается в вышележащих богатых кальцитом слоях. Происхождение оползней подтверждается наличием в керне скважин штриховатых поверхностей скольжения, приуроченных к одному из горизонтов глин, тогда как за пределами района Уоррен на том же самом уровне зеркала скольжения в глинах отсутствуют. В 1915 г. произошел оползень именно такого типа.