Катастрофы: неистовая Земля - Тони Уолтхэм

Дело осложняется тем, что обрушение нередко происходит не в массе однородного материала, а на поверхностях раздела пород, имеющих разную плотность. Поэтому определить сопротивление сдвигу в лабораторных условиях иногда бывает затруднительно. Однако знание литологических особенностей пород, углов склонов, характера дренажа и течения подземных вод, а также опыт, накопленный при исследовании ранее произошедших оползней, — все это помогает дать полуколичественную оценку оползневой опасности любого участка. Основанные на этих параметрах районирование и выявление зон, где потенциально возможны оползни, в настоящее время с успехом используются при планировании и проведении строительных работ. Выделение участков, наименее благоприятных для застройки, позволило, например, заметно сократить урон, наносимый современным зданиям в оползневом районе Лонсестон на острове Тасмания. В районе города Санта-Моника в Калифорнии с учетом измерений физических свойств, таких как уклоны, сопротивление сдвигу и проницаемость, прогнозируются интервалы повторяемости оползней для каждой точки местности. Этот метод пригоден для неглубоких" обломочных оползней, причиной которых являются кратковременные изменения уровня подземных вод.

Еще одним методом контроля над оползнями служит постоянная регистрация движений склонов с целью предсказания любого внезапного, быстрого их обрушения. Поскольку неожиданному оползневому обрушению склона почти всегда предшествует медленное оползание, происходящее на протяжении достаточно длительного периода времени, этот метод приносит большую пользу. Особенно важно применять его в районах, где при гражданском строительстве создаются откосы, более крутые, чем естественные углы склонов, и таким образом автоматически вводится элемент неустойчивости. Масштабы этой опасности были наглядно продемонстрированы в 30-х годах нашего века, когда за три года в мире произошло 13 обрушений железнодорожных выемок, в результате которых погибло 227 человек. И хотя система постоянного контроля обходится недешево, она вполне оправдывает себя.

Методы обнаружения движений склона представляют собой комплекс исследований, включающий периодическую съемку между опорными реперами, регистрацию шумов в породах (т. е. вибраций, вызванных деформациями), измерение скорости распространения сейсмических волн с целью определения деформаций, связанных с изменением объема пород. При этом используются такие приборы, как экстензометры, инклинометры для буровых скважин, штанговые тензометры и пьезометры для грунтовых вод. Особенно полезно устанавливать инклинометры в неглубоких буровых скважинах на краях неустойчивых склонов, так как их можно вмонтировать в автоматические системы оповещения, которые приводятся в действие, как только оползание склона превышает заданный предел.

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 устойчивость склона невозможно предсказать точно. Тем не менее современный уровень знаний все-таки позволяет-'избежать повторения некоторых всемирно известных катастроф.

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.