Катастрофы: неистовая Земля - Тони Уолтхэм

Небольшой разлом, существовавший в гнейсе, не был обнаружен при первоначальном исследовании участка; он выявился лишь при размыве породы после обрушения плотины. Даже если бы он и был замечен, особой тревоги это, вероятно, не вызвало бы. Хотя разлом и обнажался выше по течению от плотины, и падал под углом 45°, проходя примерно в 15 м под плотиной, можно было предполагать, что засыпка плотины не должна вызвать здесь каких-либо новых опасных подвижек.

После того как в 1953 г. строительство плотины завершилось, водохранилище стало постепенно заполняться, однако из-за больших расходов воды максимальный уровень в нем был достигнут лишь в конце ноября 1959 г. До тех пор замеченные деформации и движение плотины не выходили за пределы допустимых. Пятнадцатого ноября 1959 г. сторож обнаружил, что из-под западного берега примерно в 20 м вниз по течению от плотины просачивается вода; это продолжалось и во время сильного дождя, начавшегося 27 ноября. В 9 ч вечера 2 декабря плотина обрушилась, но свидетелей этой катастрофы не было. По рассказам сторожа, находившегося в то время в своем доме, расположенном в 1,5 км от водохранилища, катастрофа разразилась молниеносно: привычную тишину вдруг нарушил сильный треск, двери и окна дома были вырваны резким порывом ветра, и началось невероятное.

Плотина обрушилась мгновенно, и образовавшаяся волна была поистине гигантской. Она устремилась вниз по узкой долине реки Рейран, затем разлилась по расположенной внизу равнине, все разрушая на своем пути. В городе Фрежюс погибло более 400 человек, для Франции это было настоящим национальным бедствием. От плотины не осталось камня на камне. На западном берегу сохранился лишь небольшой блок, а на восточном — лишь край плотины, смещенный на 2 м по горизонтали от исходного положения.

При расследовании причин катастрофы выяснилось, что среди обломочного материала, принесенного в долину, бетонные плиты и их обломки, как и при постройке, были по-прежнему сцеплены с гнейсом. Это свидетельствовало о том, что причиной обрушения плотины не могла быть потеря контакта между плотиной и коренной породой. Комиссия не обнаружила никаких ошибок и в конструкции плотины; бетон тоже был хорошим, а в почти водонепроницаемый гнейс нагнетался к тому же цементирующий раствор. Поэтому было решено, что плотина обрушилась вследствие изгибания тонкой бетонной арки, которое было вызвано движением фундамента плотины. Поскольку порода, послужившая причиной обрушения, была вымыта волной, велись споры, как произошло обрушение — в результате деформации или оползания.

Хотя впоследствии было установлено, что ни один из этих процессов не был причиной обрушения, в ходе дискуссий было получено два важных результата. Во-первых, оказалось, что инженеры-проектировщики и геологи говорили на разных языках, а потому не могли понять друг друга. Во-вторых, было сделано официальное заявление о необходимости проводить более детальное исследование всех пород фундамента in situ, особенно в поверхностных слоях, а не полагаться на результаты лабораторных проверок, как это обычно было принято.

Лишь несколько лет спустя группе французских инженеров удалось установить истинную причину катастрофы в Мальпассе. При выполнении серии лабораторных опытов с целью выяснения связи между водопроницаемостью и преобладающим напряжением в серии пород обнаружилось, что водопроницаемость некоторых пород резко снижалась при сжатии, причем наиболее сильный эффект наблюдался в микротрещиноватых породах, таких как гнейс. Растягивающее напряжение вызывало увеличение проницаемости. Оказалось, что из всех изученных пород именно в гнейсе изменение проницаемости наиболее сильно зависит от напряжений. Если рассматривать это открытие применительно к данной плотине, то его значение становится совершенно очевидным, так же как и роль небольшого разлома, находившегося ниже по течению. Под воздействием давления насыпной плотины произошло сжатие гнейса, и его проницаемость уменьшилась примерно до одной сотой от ее обычного значения. Сам разлом содержал непроницаемую жильную глинку, и таким образом под плотиной создался почти непроницаемый для воды барьер.

Для зоны растяжения в гнейсе под краевой частью водохранилища была характерна повышенная водопроницаемость, через эту зону и передавалось поровое давление воды. В результате в почти водонепроницаемом гнейсе под плотиной возникла огромная сила, направленная вверх параллельно ослабленному разлому, которая совместно с воздействием порового давления подняла плотину. Несомненно, причиной обрушения было окончательное заполнение водохранилища, вызвавшее несколько более сильную деформацию плотины и подстилающих пород и приведшее к образованию трещин в дне водохранилища, что способствовало более быстрой передаче давления воды.

Обеспечить безопасность на плотине Мальпассе можно было лишь путем сооружения системы дренажа под плотиной, что препятствовало бы росту давления поровых вод. В настоящее время подобные сооружения предусматриваются во всех плотинах такого рода. Несмотря на то что в ретроспективе механизм обрушения плотины Мальпассе стал совершенно очевидным, несправедливо было бы обвинять в непредусмотрительности инженеров-проектировщиков, которые в то время ничего не знали о принципах такого механизма. В данном случае инженерам можно простить некоторые геологические ошибки, поскольку еще не были изучены все проблемы, возникающие в условиях, когда огромные силы оказывают воздействие на такие природные материалы, как вода и горная порода.

Будущее

Почему происходит обрушение плотины? Неужели каждый раз, когда обрушение носит иной характер, чем предшествующие катастрофы, человек неизменно будет понимать это уже слишком поздно?

Трагедии в Мальпассе и горах Болдуин произошли потому, что причины, их вызвавшие, не были своевременно выявлены. Несомненно, предсказать катастрофу гораздо труднее, чем говорить о случившемся post factum. Нелепые ошибки в конструкциях плотин Сент-Франсис и Ле-Шёрфа уже стали достоянием истории. Однако в июне 1976 г. обрушилась плотина на реке Титон в Соединенных Штатах. Что же это было: сказалась еще одна досадная ошибка или проявилась какая-то новая, ранее не известная причина? В результате обрушения плотины на реке Титон погибло 11 человек, 25 000 осталось без крова, а общий ущерб составил около 400 млн. долл. Однако надо отдать должное Управлению мелиорации США, под руководством которого кроме плотины на реке Титон было сконструировано более 300 других плотин: оно стало инициатором досконального расследования причин катастрофы.

Земляная плотина была размыта, когда водохранилище впервые заполнили. Истинная причина катастрофы до сих пор неизвестна, вероятно, обрушение было обусловлено слабостью фундамента. В основании плотины залегал сильно трещиноватый рио-литовый туф, который местами являлся водоносным горизонтом. В нем было пробурено несколько скважин, таким образом в плотине был создан цементный экран и огромная, невиданных ранее масштабов траншея для отвода воды. Дно траншеи покрывалось цементом вручную, в этом-то и заключалась роковая ошибка. Проектировщики полагали, что подобное цементирование сделает поверхность породы водонепроницаемой. Однако строители выполнили цементирование лишь с целью укрепления фундамента плотины: густой цементный раствор был залит во все крупные трещины в риолите, а на трещины около 1 см в поперечнике не обратили внимания.

Затем на этой поверхности была заложена плотина из алеврита и глины; когда водохранилище было заполнено, вода проникла в эти мелкие трещины и достигла основания плотины. Смесь алеврита и глины была размыта; этот материал меньше подходит для строительства плотины, чем самоуплотняющаяся глина, но в других местах он с успехом применялся. В результате 140

вода начала вытекать из-под плотины над цементной перегородкой в породе фундамента, после этого обрушение стало уже неизбежным. Плотина на реке Титон обрушилась потому, что ее конструкция, правильная по своей сути, не учитывала местных геологических условий. Ужасно, что чаще всего именно этот промах приводит к катастрофе. Но послужило ли обрушение плотины на реке Титон должным уроком?

Геологические причины обрушения плотин обычно выявляются быстро, и если плотина выдерживает первое заполнение водохранилища, это означает, что она устоит и в дальнейшем. Однако это нельзя сказать о других сооружениях, где мы имеем дело с водой.

До 1818 г. Рейн в своем верхнем течении между городами Базель и Карлсруэ меандрировал по широкой пойме. В том году начали проводить мероприятия, направленные на регулирование течения этой реки; эти работы продолжаются и сейчас. Длина реки была сокращена, построили плотины, каналы, дамбы, благодаря чему Рейн превратился в транспортную артерию, каковой является и в настоящее время. Печальный результат всех этих работ, выполнявшихся различными организациями без взаимного согласования, заключается в том, что теперь у реки нет поймы и все паводковые волны, возникающие во время весеннего таяния снегов в альпийских водосборах, мгновенно проносятся вниз по течению.