ШЕШЕНЯ Н. Л.

ПРОГНОЗНЫЕ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ СКЛОНОВ И ОТКОСОВ РАЗНОГО ГЕНЕЗИСА, ВСКРЫВАЮЩИХ ДИСПЕРСНЫЕ ГРУНТЫ

Аварийные разрушения зданий и сооружений от оползней могут происходить даже в случаях, когда они построены на склонах крутизной ≥3⁰, на участках, где их освоение ведется без анализа взаимодействия геологических, гидрогеологических, гидрологических условий и видов деятельности человека. Воздействию оползней подвержено 725 из 1036 городов России. На борьбу с ними в городах и поселках городского типа России ежегодно расходуется около 2млрд. рублей, а прямой среднегодовой ущерб превышает 10,8млрд. руб. Здесь не учтены гибель людей, жилья, домашних животных, потери от разрушения памятников архитектуры, истории, промышленных объектов, инженерных сооружений. Для устранения этих причин при разработке проектной документации и обоснования необходимости мероприятий защиты зданий и сооружений от опасных проявлений оползневых процессов необходимо руководствоваться такими эмпирически установленными закономерностями.

1. Геоморфологические особенности осваиваемой территории и ее палеогеодинамическая обстановка, оцениваемые через профили, высоту и крутизну склонов, бортов оврагов и их тальвегов. Особое внимание уделяется погребенным эрозионным формам рельефа. Их техногенная засыпка без учета критериев дренирования подземных вод в виде мочажин, родников (нисходящих или восходящих), эпизодических (сезонных) или постоянно действующих ручьев по тальвегам оврагов, временных ручьев является причиной подтопления подземных частей зданий, построенных на этих участках, вероятной активизации оползней вязкопластического течения по бортам или по тальвегу оврагов.

2. Минеральный состав грунтов:

глинистые грунты Na – монтмориллонитового состава твердой консистенции в природных условиях при техногенном взаимодействии с водой сильно набухают (давление набухания может колебаться в пределах 0,48÷2,5МПа) и приобретают свойство незатухающей ползучести. На склонах, откосах и бортах оврагов высотой ≥7м и крутизной ≥4⁰ образуются оползни выдавливания (незатухающей ползучести). Основным мероприятием защиты в этих случаях является исключение обводнения грунтов до достижения ими влажности набухания. Если грунты приобрели эту влажность, тогда в качестве защитных мероприятий могут быть запроектированы удерживающие сооружения – контрбанкеты; подпорные стенки, буронабивные напряженные сваи с их заглублением ниже поверхности смещения на 5,0м применяются при отсутствии свободных площадей для укладки контрбанкета;

глинистые грунты любого минерального состава, содержащие более 5% примесей пирита, или хорошо разложившейся органики при воздействии на них динамических нагрузок в сочетании с техногенным обводнением приобретают повышенную способность к проявлению свойств тиксотропии с мгновенной потерей несущих свойств и вытеканием из под фундаментов зданий. Каолинитовые мало гидрофильные глины также разжижаются под воздействием динамических нагрузок. При прекращении таких воздействий грунты медленно восстанавливают свое состояние и прочность. Здесь также необходимо исключить условия обводнения грунтов. В противном случае в верхней части склонов выполняется полукольцевой дренаж или с помощью скважин, или в виде верховой нагорной канавы для перехвата подземных и поверхностных вод и их сброса за пределы склонов. Следует помнить, что если воды имеют резкую анизотропию в содержании карбонатных, сульфатных и железистых соединений, то при их выходе на поверхность или в однослойные дренажи эти соединения выпадают в осадок ввиде геля, который кольматирует породы в приповерхностных частях массивов (или дрен). Поэтому должны быть запроектированные дренажи, работающие по типу «обратного фильтра». В условиях плотной городской застройки в качестве фундаментов новых зданий или ограждающих стенок глубоких котлованов не допускается устройство буронабивных свай, то есть, любых динамических нагрузок;

водонасыщенные тонкозернистые и пылеватые пески, содержащие более 5% глинистых частиц монтмориллонитового состава или органического вещества, при статических и динамических нагрузках обладают плывунными свойствами. На склонах, откосах и бортах оврагов высотой ≥7м и крутизной ≥12⁰ образуются оползни течения. Аналогичные свойства имеют водонасыщенные дисперсные грунты с защемленными газообразными соединениями, продуктами жизнедеятельности микроорганизмов, которые могут создавать давление в поровой воде до 0,4МПа;

дисперсные грунты с большой пористостью, со слабыми структурными связями, малой влажностью и малой гидрофильностью, с малым содержанием глинистых частиц, но с высоким содержанием крупной пыли, при взаимодействии с водой легко размываются, обладают просадочными свойствами;

дисперсные грунты с сульфатными, карбонатными и железистыми соединениями при взаимодействии с водой выщелачиваются, а в приконтактных с грунтовыми или подземными водами зонах образуются ослабленные прослои, к которым могут быть приурочены поверхности смещения вязкопластических оползней. Защита подобных склонов с помощью различного типа свай не эффективна, поскольку грунты оползня будут обтекать сваи;

сыпучие, слюдистые разнозернистые пески являются суффозионно-неустойчивыми, легко размываются поверхностными водами с образованием на склонах, откосах строительных выемок, бортах оврагов высотой ≥7м и крутизной ≥14⁰ оползней течения. Для этих склонов также будут не эффективными любые типы свай;

при взаимодействии с поверхностными водами моренных суглинков и повышении их естественной влажности на 10-20% формируются зоны низких значений показателей сдвига (угол внутреннего трения снижается до 8⁰ против расчетного значения 16⁰, сцепление - до 0,006МПа, против расчетного -0,25МПа). На склонах эти зоны являются наиболее вероятными поверхностями смещения пакетов и слоев грунтов с образованием оползней блокового типа);

супеси твердой консистенции в природных условиях при техногенном увеличении их естественной влажности всего на 4-6% приобретают текучую консистенцию, способны вытекать из под фундаментов зданий, со склонов и откосов с образованием оползней вязкопластического течения при углах внутреннего трения 6⁰, сцеплении - 0,002МПа;

разнозернистые пылеватые пески являются суффозионно-неустойчивыми (с выносом мелких и пылеватых фракций в зону разгрузки подземных вод на поверхности склонов) при градиентах их потока ≥0,01 и скорости потока ≥1,0м/сутки. Такие градиенты на склонах возникают в периоды водообильных дождей или сбросов техногенных поверхностных вод, аварийных утечек воды из водонесущих коммуникаций и т.п. Следствием этого процесса в данных грунтах являются формирование зон разуплотнения и, как результат, дополнительные осадки грунтов основания здания.

Защита подобных склонов с помощью различного типа свай или подпорных стенок не эффективна, т. к. грунты оползня будут обтекать или переползать эти сооружения.

Для прогнозной оценки перечисленных выше склонов, бортов оврагов или строительных котлованов в отделе инженерно-геологических процессов ОАО «ПНИИИС» разработана ГИС «AKNAR-Pro». Она предназначена для прогнозных оценок оползневых и оползнеопасных склонов в сложившихся на период изысканий условиях и с учетом проектируемых техногенных нагрузок. Система поддерживает два основных рабочих этапа - оперативный анализ материалов инженерно-геологических изысканий в пределах указанных склонов и визуальное проектирование противооползневых мероприятий на склонах и обеспечивает: прогнозные оценки устойчивости оползневых или оползнеопасных участков склонов; расчеты оползневых давлений на склонах; решение обратных задач посредством быстрого подбора параметров расчетных моделей изучаемых склонов; автоматизированный поиск наиболее вероятной (исходя из выбранных вариантов моделей склонов) поверхности смещения грунтов со склона; визуальное моделирование вариантов проектных решений для изучаемых склонов; оформление отчетных материалов.

Для каждого варианта склонов выдаются схематический разрез склона; таблицы с расчетными значениями коэффициента устойчивости и оползневых давлений (сопровождаемые графиками давлений), исходных данных, принятых в расчетной модели. При этом следует помнить, что в качестве расчетных показателей сдвига грунтов (угол внутреннего трения и сцепление) в зоне оползневых смещений надлежит пользоваться их значениями, полученными по схеме «быстрый неконсолидированный сдвиг с предварительным обводнением и повторным сдвигом».

Прогнозные оценки коэффициентов устойчивости склонов могут осуществляться с учетом фильтрационных и сейсмических сил. Они выполняются с помощью методов К. Терцаги, Маслова – Берера, Г. Шахунянца по алгоритмам А. Г. Дорфмана. ГИС «AKNAR-Pro» позволяет: создавать, хранить, изменять и удалять описание исследуемых объектов; формировать варианты расчетных моделей склонов для изучения их поведения при различных проектных проработках; оптимизировать проектные решения для изучаемых оползневых (оползнеопасных) участков склонов; выбирать варианты оформления отчетных материалов.

Система функционирует в среде Windows 95/98 и в более поздних версий в MS Office 97. При выборе расчетной модели оползневого склона одной из трудоемких и ответственных операций является установление наиболее вероятной поверхности смещения грунтов. Успешное ее решение зависит от опыта инженера-геолога. Следует предупредить, что выбор этой поверхности можно осуществлять в автоматическом режиме. Однако опыт работ, когда данная операция осуществляется в автоматическом режиме, подтверждает нежелательность такого выбора.