1.2 Механизм оползания

Наиболее очевидное различие между отдельными видами оползней состоит в характере слагающего их материала [2]. Некоторые из них полностью состоят из скального материала, другие – только из материала почвенного слоя, а третьи представляют собой смесь льда, камня и глины. Снежные оползни называют лавинами.

Оползневая масса может состоять из каменного материала – гранита, гнейса, или песчаника. Он может быть прочным или трещиноватым, свежим или выветрелым и т.д.

Если оползневая масса образована обломками горных пород и минералов, т.е. материалом почвенного слоя, то можно называть это оползнем почвенного слоя. Он может состоять из очень тонкозернистой массы, т.е. из глин, или более грубого материала: песка, гравия и т.д. Вся эта масса может быть сухой и водонасыщенной, однородной или слоистой.

В любом оползне оползающую массу легко отличить от подстилающих устойчивых коренных пород или стабильного почвенного слоя, не участвующего в движении [2]. Между ними имеется поверхность скольжения (скола, срыва), но в том случае, когда движение носит характер течения очень вязкой жидкости, трудно бывает выделить четкий переходный слой. Скорость движения может постепенно затухать с глубиной. Первый тип называется скольжением, второй – течением.

В зависимости от характера материала, захваченного скольжением или течением, и от присутствия в нем трещин или пустот оползающая масса может иметь форму, близкую к геометрической. Простейшая форма: оползающее тело имеет большие продольные и поперечные размывы по сравнению с толщиной. В этом случае топография и свойства материала таковы, что поверхность раздела, по которой осуществляется скольжение или течение, - это практически плоскость, а характер перемещения — поступательное движение блока или нескольких блоков вниз по склону. Иногда, если поверхность соскальзывания действительно представляет собой плоскость, сползает только один блок. В более обычных условиях поверхность скольжения оказывается неровной, и из-за этого соскальзывающая масса разбивается на ряд блоков, отделенных один от другого трещинами и плоскостями скола. Разрушение начинается у подошвы склона в результате размыва так, что сначала некоторый блок сползает к подошве склона и, таким образом, прекращается его стабилизирующее действие на блоки, расположенные выше по склону; потеряв опору, они последовательно сползают вниз. Этот вид разрушения склона, множество разновидностей, называется прогрессирующей (в русской терминологии – регрессивной) эрозией. Такое разрушение может быть и быстрым и медленным.

В случае если склон, имеющий ограниченную площадь, сложен однородными мелкозернистыми грунтами, обычно проявляется другой механизм движения. Здесь поверхность скольжения имеет, как правило, грубо цилиндрическую или сферическую форму, и оползающая масса при обрушении испытывает вращение. В общем случае, можно найти центр этого вращения. В почвах и коренных породах, содержащих сложные системы трещин отдельности и пустот, может возникнуть серия поверхностей скольжения, использующих отдельные участки трещин отдельности. Так система субгоризонтальных трещин, пересеченная системой крутопадающих трещин, может способствовать появлению оползающей массы, часть которой движется почти горизонтально, а другая часть, занимающая более высокое положение, опускается по крутым трещинам. В этих условиях между двумя частями оползающей массы должна появиться еще одна поверхность раздела — плоскость скола. В материалах, не имеющих ярко выраженной отдельности, и в анизотропных (в которых свойства вещества различны в разных направлениях) могут возникать очень сложные сочетания поверхностей скольжения.

Некоторые характерные черты таких оползней показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема идеального оползня, где: 1 – поверхность скола; 2 – оползневой цирк; 3– стенка отрыва; 4 – боковая стенка; 5 – поперечные трещины; 6 – оползневые валы выпирания; 7 – основание оползневого откоса [2]

Там, где переход между оползающей массой и устойчивым материалом склона менее четкий, картина напоминает течение материала, имеющего свойства жидкости.

При этом скорость и величина смещения постепенно уменьшаются от поверхности вниз. Если течение происходит очень медленно, то этот процесс характеризуют как ползучесть (крип), и это явление распространено на склонах возвышенностей чрезвычайно широко, вероятно во всем мире [2]. В большинстве случаев это движение происходит незаметно и обнаруживается только при точных измерениях.

Когда крутой склон сложен трещиноватыми породами, последовательное разрушение происходит путем падения, а не соскальзывания материала, т.е.обрушивающая масса теряет связной контакт с устойчивым неподвижным основанием и может свободно падать под действием силы тяжести. Чаще это бывает с коренными горными породами, а не с материалом почвенного слоя, поэтому такое явление называют горным обвалом. С такими обвалами связан ряд катастроф, например в горах Эльм в Швейцарии в 1881 г. и в горах Тертл (Канада, провинция Альберта) в 1903 г (рисунок 2).

Рисунок 2 – Поперечный разрез центральной части оползня на горе Тертл [12]

Возникновение оползней имеет ряд механических причин, и это необходимо учитывать при изучении отдельного явления или при оценке опасности. Одно из наиболее общих условий для статического состояния – это наличие склона, т.к. для появления касательных напряжений, в результате которых может начаться скольжение, необходима составляющая силы тяжести, направленная тангенциально к поверхности.

Оползень возникает тогда, когда направленная вдоль склона составляющая сил, действующих на некоторую массу рыхлого грунта или скальных пород, оказывается больше прочности материала или больше его сопротивления скалыванию. Переход от устойчивого состояния к началу скольжения означает, что в результате каких-то причин изменилось либо усилие, действующее на горные породы склона, либо сопротивление этих пород [2].

Изменение направленной вдоль составляющей веса оползневого тела может быть связано с естественными причинами и с деятельностью человека. В природе увеличение крутизны склона является обычным процессом, который чаще всего развивается вследствие движения воды. Как правило, это происходит путем удаления части материала у основания склона в результате работы волн или эрозионной деятельности рек. Поскольку материал, находящийся у основания склона, играет важную роль в поддержании стабильности всего склона, удаление этого материала приводит к неустойчивости. Движение обычно развивается постепенно, но может и резко ускориться в период высокого наводнения или в результате сильного дождя. Если оползание происходит таким путем, то обычно обнаруживается, что в районе обрушение склонов случалось многократно. Оползший материал временно укрепляет склон, но затем размывается, и снова возникает неустойчивость, которая в свою очередь обусловливает новое оползание обломочного материала. Области, в которых действует такой механизм разрушения склонов, можно поэтому легко узнать. Уступы, в которых в результате оползания рыхлого материала обнажаются нижележащие породы, имеют свежий вид и не согласуются с общим наклоном поверхности. Дождевые и талые воды являются важным фактором оползневой деятельности. Одну из двух главных дорог в Непале почти ежегодно преграждали небольшие оползни, происходившие во время летних муссонов. Обломки оползших пород сгребали с дороги лопатами, и на этом борьба с оползнями прекращалась до следующего муссона. Грядущую опасность не оценивали, пока в 1976 г. муссон не вызвал большой оползень, приведший к разрушению деревни Пахирикхет и к гибели 150 человек [12].