Природні небезпеки

 

 

3. Поняття про осідання ґрунтів та про обвал і їх види

 

 

Осідання  ґрунтів (о.г) - опускання масиву грунту (основи споруди) під впливом зовнішніх навантажень, яке не супроводиться докорінними змінами його структури. Зумовлюється пружним стиском мінеральної частини (скелета) грунту (пружня складова О. г.), а також взаємним необоротним зміщенням його частинок внаслідок компактнішого розташування їх (залишкова складова О. г.). Крім того, О. г. може спричинюватися додатковим ущільнюванням грунту під впливом власної маси (напр., в земляних греблях, насипах), опусканням земної поверхні при зведенні споруд над виробленим простором (в місцях, де видобувають корисні копалини), зміною гідрогеол. режиму (рівня грунтових вод). Величина осідання грунту залежить в основному від його властивостей (деформівнос-ті, водонепроникності), діючих навантажень, форми і розмірів навантажуваної площі. Скельні й великоуламкові грунти практично майже не осідають. Осідання піщаних і маловологих грунтів невелике і припиняється із завершенням будівництва, глинистих водонасичених грунтів — значне і відбувається ще довгий час в процесі експлуатації споруди (іноді воно не припиняється зовсім). При осіданні грунту деформується сама споруда, порушуються нормальні умови експлуатації її. Зважаючи на ці обставини, в споруді передбачають вертикальні наскрізні (осадочні) шви, застосовують фундаменти підвищеної міцності й жорсткості тощо. Величину розрахункового О. г. (її визначають методами механіки грунтів) обмежовують граничною деформацією всієї споруди або окремих конструктивних елементів її (розрахунок основ споруд за деформаціями), виходячи з конструктивних особливостей і умов експлуатації споруди. Вимірюють О. г. гол. чин. методами інженерної геодезії: високоточним нівелюванням, за допомогою електронно-гідростатичних систем тощо. Опускання грунту, що супроводиться докорінними змінами його структури (напр., мерзлого — при відтаванні), наз. просіданням.

Обвал - швидке переміщення мас гірських порід, що утворюють переважно круті  схили долин. При падінні відірвалася  від схилу маса порід розбивається на окремі брили, які, у свою чергу, дроблячись на більш дрібні частини, засипають  дно долини. Якщо по долині протікала  річка, то обвалилися маси, утворюючи  загату, дають початок Долін озеру. Обвали схилів річкових долин викликаються підмивом річки, особливо в повінь. У високогірних областях причиною обвалів  зазвичай служать з'являються тріщини, які, просочуючись водою (і особливо при замерзанні води), збільшуються в ширину і глибину до тих пір, поки виділина тріщиною маса від якого-небудь поштовху (землетрус) або після сильного дощу (особливо сильне просочування тріщини водою) або ж який-небудь іншої причини, яка іноді штучної (наприклад, проведення залізничної виїмки чи кар'єра у підніжжя схилу), не подолає опору утримують її порід і не обрушиться в долину. Величина обвалу варіює в найширших межах, починаючи від обвалення від схилів невеликих уламків порід, які, накопичуючись на більш пологих ділянках схилів, утворюють т. зв. осипи, і до обвалу величезних мас, вимірюваних млн. м3, що представляють в культурних країнах величезні лиха. У підніжжя всіх крутих схилів гір завжди можна бачити обвалилися зверху камені, причому в ділянках, особливо сприятливих для накопичення їх, ці камені покривають суцільно іноді значні площі (так званий «хаос» в Алупці на Кримському узбережжі, підніжжя гори Таганай на Південному Уралі і т . д.).

У високогірних областях, вище снігової лінії, доводиться часто рахуватися зі сніговими обвалами. Вони виникають на крутих схилах, звідки накопичився і часто злежаний сніг періодично скочується вниз. У  районах снігових обвалів не слід зводити селищ, дороги необхідно  захищати критими галереями, і на схилах виробляти лісові насадження,утримують  найкраще сніг від сповзання. Обвали характеризуються потужністю обвального процесу (обсягом падіння гірських мас) і масштабом прояви (залучення  в процес площі). За потужністю обвального процесу обвали поділяються на великі (відрив порід понад 10 млн. м3), середні (від 1 млн. до 10 млн. м3) і дрібні (відрив порід менш 1 млн.м3). За масштабом  прояви обвали поділяються на величезні (100 - 200 га.), Середні (50 - 100 га.), Малі (5 - 50 га.) І дрібні (менше 5 га.).

Зовсім  іншого роду обвали в районах поширення  гірських порід, легко витравлюють  водою (вапняки, доломіт, гіпси, кам'яна  сіль). Просочуються з поверхні вода дуже часто в цих породах вилуговує  великі порожнечі (печери), і якщо така печера утворилася поблизу земної поверхні, то по досягненні великого обсягу стеля  печери обвалюється, а на поверхні землі  утворюється западина (воронка, провал); іноді ці западини заповнюються водою, і утворюються так зв. «Провальні озера». Подібні явища характерні для багатьох районів, де поширені відповідні породи. У цих районах при спорудженні  капітальних будівель (будівель і залізниць) на місці кожної споруди необхідно проводити дослідження грунту, щоб уникнути руйнування побудованих будівель. У цих районах важче вирішувати питання водопостачання, пошуку і підрахунків запасів води, а також виробництво гідротехнічних споруд. Напрямок підземних водних потоків вкрай примхливо; спорудження гребель і виїмки канав в таких місцях можуть послужити причиною виникнення процесів вилуговування порід, до того захищених знятими штучно породами. Провали спостерігаються також у межах каменоломень і рудників, завдяки обвалення покрівлі порід над виробленими просторами.

 

 

4. Поняття про зсув та  його види

 

 

  Зсув – це маса землі і каміння, що раптово обвалюється вниз із крутого схилу гори. Особливо часто зсуви трапляються там, де дощова вода не всмоктується в шар глини чи алевроліту (шаруватої породи, утвореної зі спресованої глини) і ніби утворює шар змащення. Тоді породи, ґрунт і навіть дерева можуть зриватися вниз по схилу цілими шарами. Великі зсуви – явище нечасте, але наслідки їх бувають справді жахливі. Так, у 1962 році в перуанських Андах лавина кам’яних уламків за декілька хвилин промайнула вниз по схилу майже на 15 км, знищивши на своєму шляху вісім сіл. При цьому загинуло 3500 чоловік. Масштабні зсуви звичайно трапляються на дуже крутих схилах, де сили тертя між частками ґрунту або шарами гірських порід ледве вистачає, щоб протистояти направленій униз силі тяжіння. Проте, не всі зсуви  мають такі драматичні наслідки. Іноді „язики” землі, які наповнені водою, просто з’їжджають вниз по схилу, як це можна спостерігати, скажемо, на схилах уздовж недавно прокладеної гірської дороги. Однак і такі відносно повільні зсуви можуть заподіювати дуже великий збиток у населених районах, захоплюючи за собою цілі житлові будівлі. На будь-якому гірському схилі відбувається деяка подібність повільного зсуву у вигляді практично непомітного, але постійного зісковзування вниз верхнього шару ґрунту і корінних порід. Цей процес зумовлений багатьма причинами. Так, в районах із холодним кліматом його може спровокувати сильний мороз. При промерзанні ґрунту, ґрунт і камені ніби підводяться під прямим кутом до схилу, а при таненні, навпаки, злегка опускаються вниз. Розбухання мокрої землі з подальшим стисненням при висиханні також приводить до деякого перегрупування часток ґрунту і каменів. Зсування ґрунту відбувається так повільно, що ми помічаємо його лише по непрямих ознаках – огорожі, що злегка покосилася, або телеграфному стовпу на схилі, що нахилився у бік долини. Зсуви приносять великих збитків всякому господарству і збереженню земель. Боротьба з зсувами ведеться по різному. Це – збереження рослинності упродовж бровки схилів, лісопосадки, укріплення берегів. На території України зсуви трапляються вздовж високих правих берегів Дніпра та його приток, вздовж Азово-Чорноморського узбережжя, в Українських Карпатах, на Південному березі Криму.

Зсуви поділяються  на такі види:

Консистентні  зсуви - виникають внаслідок зміни консистенції порід, які складають схил, при зволоженні (наприклад, перехід суглинків у пластичний стан при насиченні водою).

Суфозійні зсуви - виникають в результаті зменшення зчеплення від розчинення порід і виносу дрібних частинок породи.

Структурні  зсуви - виникають при зміщенні частини схилу після контакту шарів.

Розглянемо  деякі важливі класифікаційні характеристики зсувів.

Деляпсивні  зсуви — починаються з нижній частині схилу (наприклад, внаслідок підмиву його річкою, озером чи морем, а також при штучному підрізанні схилу), поступово поширюються знизу вверх по схилу і викликає послідовні зсуви нових частин.

Детрузивні  зсуви - виникають у верхній частині схилу, наприклад при збільшенні тиску (нове будівництво) чи утворенні тріщини відколу.

Для характеристики зсувних процесів дуже важливим є  вибір належної класифікації, яка  буде застосовуватись при їх дослідженнях і за допомогою якої ми матимемо можливість врахувати якомога більше основних ознак зсувного процесу.

 Структурно-пластичні  зсуви - це найбільш поширені зсуви, пов'язані з різними за складом, віком і генезисом скельними і напівскельними породами, сильно дислокованими або моноклінально залягаючими, часто порушеними тектонічними та іншого генезису тріщинами. Для них характерна блокова будова, схилова поверхня або зона, яка часто співпадає з площинами нашарування, розсланиювання. з крупними тектонічними розломами чи іншими послабленими зонами в масивах гірських порід. Як правило, зсув починається як структурний і переходить у нижній частині в пластичний.

Розрізняють три основні різновиди структурно-пластичних зсувів:

• консеквентні  характерне зміщення блоків порід по нахиленому контакті шарів одного або різного петрографічного складу);
• асеквентні або зрізаючі  - зміщення відбувається по ослаблених зонах, що перетинають шари гірських порід;
• інсеквентні зсуви, які формуються в однорідних за літологічним складом породах і дзеркало ковзання яких - близьке до кругло-циліндричного.

Під дією гравітаційних, гідростатичних і сейсмотектонічних сил на окремих ділянках схилу формуються зони, де розвиваються деформації крихкого руйнування або повільної повзучості. Послідовне подолання пікового опору порід зрушенню викликає появу додаткових напружень на сусідніх ділянках, що завершується руйнуванням у зоні зміщення. Наявність в породах різних

Найскладніший різновид структурно-пластичних зсувів - інсеквентні зсуви. їх зміщення відбувається по складній системі тріщин, переважно тектонічного походження. Простіші за механізмом - консеквентні зсуви, характерні для районів з моноклінальним заляганням порід і падінням в сторону схилів (характерні для гірськоскладчастих областей).

Таким чином  структурно - пластичні зсуви - це зсуви, які починаються як структурні, а  нижче по схилу переходять у пластичні  деформації.

Структурні  зсуви. Домінують в умовах платформенних структур, де породи мають залягання близьке до горизонтального і зустрічаються витримані горизонти глинистих порід.

Зсуви випливання. Пов'язані з шарами сильнообводнених піщаних порід. При знищенні екрануючого шару, та в умовах, що сприяють зростанню гідравлічного градієнту, утворюється випір пливунних порід (суфозія текучої маси), які залучають в рух породи перекриваючої товщі? В якості ОДГ часто виступають піщані тонкозернисті породи з колоїдними зв'язками. І Руйнування структурних зв'язків викликає значну деформацію в піщаних породах, зростання гідростатичного тиску в них і перехід їх в пливучий стан з наступним зміщенням вище залягаючих порід.

Пластичні зсуви. Для зсувів цього типу характерний тісний зв'язок з корою вивітрювання порід і режимом її водонасичення. Так в гірсько-складчастих областях - з елювіально-делювіальними глинистими і грубоуламковими покривними незцементованими високопористими утвореннями і рихлими зсувними нагромадженнями. Нерідко такі зсуви утворюються у відвалах гірських виробок.

Внаслідок зміни вологості порід типовою  особливістю механізму даних  зсувів є повна або часткова втрата їх первинної структури в зоні зміщення. Під дією гравітаційних  і гідродинамічних сил по підготовленій  поверхні заздалегідь або в процесі  зсування відбувається водно-пластична течія глинистих порід.

Зсуви просідання. Локалізуються в області поширення лесів і лесоподібних порід. Особливості механізму визначаються деформаційною поведінкою лесових порід, в яких при зволоженні лавинно руйнується первинна структура, що супроводжується просадовими процесами? На початкових етапах зсувного процесу, внаслідок нерівномірного просідання лесів, утворюються тріщини, що полегшує доступ атмосферних опадів в глибші шари лесоподібних порід. В результаті лавинної руйнації їх первинної структури відокремлюються від схилу і рухаються зсувні блоки порід, які в свою чергу руйнуються при русі, перетворюючись у земляні потоки.

Зсуви розрідження. Поширені в областях розвитку молодих глинистих відкладів, переважно моренного генезису, характерними, властивостями яких є висока чутливість до змін водного балансу.

Заходи  боротьби зі зсувами:

1. Організоване відведення поверхневих вод в понижені місця.

2. Пониження рівня ґрунтових вод різними методами (електроосмос в поєднанні з відкачуванням води).

3. Виположування  та терасування схилів.

4. Відсипка  контрбанкетів.

5. Влаштування  підпірних стінок.

6. Забивка  металевих чи бетонних «шпильок»  (паль).

7. Закріплення  відкосів твердіючими розчинами.

8. Заморожування  ґрунтів (тимчасові заходи).

 

 

5. Поняття про ерозію ґрунту та її види

 

 

Ерозія  ґрунту - це руйнування його верхнього найродючішого горизонту і підґрунтя під впливом природних та антропогенних чинників.

Залежно від природних чинників руйнування ґрунту, розрізняють водну та вітрову  ерозію.

Водна ерозія проявляється у змиванні верхнього шару ґрунту або розмиванні його в глибину під впливом талих, дощових і поливних (іригаційних) вод.

За характером руйнування ґрунту водна ерозія поділяється  на краплинну - роздроблення агрегатів ґрунту ударами дощових крапель, внаслідок чого шпари ґрунту забиваються мулистими фракціями, зменшується водопроникність і посилюється поверхневий стік і змив ґрунту; площинну, або поверхневу, коли ґрунт рівномірно змивається невеликими струмками талих і дощових вод по всій поверхні площі; лінійну, або глибинну, коли ґрунт розмивається углиб концентрованими потоками води; іригаційну, яка виникає в умовах неправильно організованого зрошення на схилових землях, коли по лінії течії поливної води є схили, здатні до розмивання.

Розвиток  водної ерозії тісно пов'язаний з  рельєфом місцевості. Як правило, руйнування ґрунтів починається на схилах крутизною 1-2°.

За ступенем змитості ґрунти поділяються на слабко-, середньо-, сильнозмиті та розмиті. Ступінь змитості ґрунту визначається порівнянням еталонного (незмитого) ґрунту з профілем змитого. Притому  вважається, що у слабкозмитих ґрунтах змито не більше половини гумусового горизонту Н(А), у середньозмитих - змито верхню частину перехідного (ілювіального) горизонту, а в розмитих ґрунтах ерозією зруйновано весь профіль, і на поверхню виходять ґрунтотворні породи.

Вітрова ерозія, або дефляція, виникає за умови сильних вітрів, які видувають ґрунт. Інтенсивність видування ґрунту значною мірою залежать від його гранулометричного складу і вмісту в ньому гумусу.

Зокрема, на ґрунтах супіщаного гранулометричного  складу вітрова ерозія починає проявлятися  при швидкості вітру 3-4 м/с, на легкосуглинкових - 4-6, на важкосуглинкових - 5-7 і на глинистих -7-8 м/с. Пісок (0,05-0,10 мм) переміщується  при швидкості вітру З -3,5 м/с  на висоті 15 см. Частки ґрунту розмірами 0,25 мм переносяться вітром у повітрі.