757

Оплывины — смещения со склонов разжиженных земляных масс. Разжижение происходит вследствие насыщения песчано-глинистых грунтов водой и перехода их в текучее состояние. Оплывины в выемкахдорогзасоряют,забиваютгрунтомдренажныевыработки,ухудшают условия эксплуатации железных и автомобильных дорог.

Глава 16. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙТЕМПЕРАТУРОЙГРУНТОВ

16.1. Сезонное промерзание, морозное пучение грунтов

На территории России взимнеевремя грунты промерзаютна некоторую глубину, а летом оттаивают. Этоявлениеназывается сезонным промерзанием,слойпромерзающегоиоттаивающегогрунтаназывают деятельным, грунт, находящийся в мерзлом состоянии в течение холодного сезона, называется сезонномерзлым.

Глубина сезонного промерзания зависит от географической широты местности, мощности снежного покрова, состава грунтов и их влажности(рис.75).ВусловияхСибириглубинапромерзанияизменяется от 4,0 м в песках до 2,5 м в глинистых грунтах. С увеличением мощности снежного покрова глубина сезонного промерзания уменьшается.

При понижении температуры грунта ниже 0 °С происходит замерзаниеводы в порах, образуютсякристаллы, линзочки и прослои льда. Происходит пучение грунта.

Морознымпучениемназываетсяпроцессувеличенияобъемагрунта вследствие замерзания воды, находившейся в грунтах до промерзания и поступившей в деятельный слой с глубины в период промерзания.

К пучинистым относятся грунты, которые при замерзании имеют относительную деформацию морозного пучения fn более 0,01. Относительная деформация определяется по формуле

fn = (hof – ho)/ho,

где ho — высота грунта до промерзания, см; hof — высота образца мерзлого грунта, см.

В зависимости от величины относительной деформации пучения грунты разделяются на четыре разновидности (табл. 21).

Впермское время произошло интенсивное воздымание платформенных массивов и величайшая регрессия моря. На суперконтиненте установилась суша. Произошло грандиозное покровное оледенение.

Ворганическоммирераспространенырастения:водоросли,хвощи, папоротники, голосеменные, хвойные и животные: гастроподы, брюхоногие, кораллы, ракообразные, рыбы, земноводныенасекомые, пресмыкающиеся.

Мезозойский этап развития. Происходит распад суперконтинента Пангея на литосферные плиты, очертания которых близки к современным. В триасе и ранней юре на обширных территориях установилиськонтинентальныеусловияосадконакопления.ВКрыму,наКавказе, вВерхоянско-Колымскомкрае формировались конгломераты, песчаники, известняки.

Вовторойполовинеюрскойэпохипроизошлаобширнаятрансгрессия моря. На территории платформ (Поволжье, Подмосковье) формировались толщи глин, песков, конгломератов, на территории Сибирской платформы образовались крупнейшие месторождения каменного угля (Канско-Ачинский, Иркутский, Южно-Якутский каменноугольные бассейны), чему способствовал теплый влажный климат и пышное развитие растительности.

Вмеловой период произошла обширная трансгрессия на территории Русской платформы, в Западной Европе, Малой Азии. В морских условияхпроизошлонакоплениетолщмела,черныхглин,свключениями пирита, мергелей и известняков.

Болееинтенсивныйхарактер, чемвюре,принимаютгорообразовательныепроцессы. Формируютсягорноскладчатые области:Верхоян- ско-Колымскаяна северо-востокеРоссиии Кордильерская вСеверной Америке.

Органический мир в мезозое весьма разнообразен. Растения представлены гигантскими папоротниками, голосеменными, покрытосе- менными,этовремя—расцветрептилий,появлениептиц, млекопитающих. В конце мезозоя вымерли динозавры.

Кайнозойский этап развития включает палеогеновый, неогеновый и четвертичный периоды. Продолжается раздвижение литосферных плит (материков) и в неогене завершается распределение континентовиокеановдосовременногосостояния.Вертикальныедвижения (погружения и поднятия) территорий сопровождалось трансгрессиямиирегрессиямиморя,формированиемосадковморскогоиконтинен-

192

101

тального генезиса: известняков, ракушечников, толщи майкопских глиннаРусскойплатформе,люлинворскойитавдинскойсвитвЗападной Сибири, песков, алевролитов, галечников.

Главным событием кайнозоя является развитие альпийской складчатости, которая испытала несколько фаз горообразования. Произошло формирование горноскладчатых областей: Гималаев в Азии, Анд в Южной Америке, Ливанских горв Малой Азии, в ЕвропеАльп, Балканского и Аппенинскогополуостровов, Кавказа, Крыма, Карпат. Охотское побережье, Камчатка и о. Сахалин сформировались уже в четвертичное время.

ВрезультатевоздыманияКавказапроизошлоотделениеотЧерного моря Каспийскогоозера. При поднятии территории Западной Сибири произошла регрессия моря, морские условия осадконакопления сменилиськонтинентальными.НаобширнойтерриторииЗападнойСибири стали формироваться озерно-болотные грунты неогена. Активные тектонические процессы, высокая сейсмичность и интенсивный вулканизмпривеликомоложениюрельефа древнихскладчатыхсооружений и платформ.Возникли вторичныеглыбовыеподнятия (горсты)на Алтае, обширные грабены на Сибирской платформе с последующим образованием озера Байкал, самого глубокого озера в мире. К концу неогенового периода произошло увеличение площади материков и соответственно уменьшение площади морей, увеличение высоты материков.Интенсивныйвулканизмпривелккатастрофическомузагрязнениюатмосферы,препятствующемупроникновениюсолнечноготепла. Произошло охлаждение земной поверхности, наступило великое четвертичное оледенение.

На смену неогеновому периоду с относительно теплым климатом наступилчетвертичный периодсклиматом, близкимксовременному.

8.3. Четвертичный период

Четвертичный период (Q) — современный этап в истории Земли продолжительностью около 1,8 млн лет, антропоген (от антропос — человек) — одно из названий четвертичного периода. Название дано профессором А.П. Павловым на том основании, что в этот период произошло становление человека на Земле.

В настоящее время в объеме четвертичного периода выделяется плейстоцен QI-III — основная часть четвертичного периода и голоцен QIV (современный этап) продолжительностью около 10 тыс. лет.

15.2.Обвалы, осыпи

Ксклоновымпроцессамкромеоползнейотносятсяобвальныеявления: обвалы, осыпи, оплывины.

Обвалы — обрушение крупных масс грунта с опрокидыванием и дроблением. Они возникают на крутых склонах (более 45°) горных ущелий, берегов морей, каменных карьеров, строительных котлованов. Наиболее часто обвалы обусловлены трещиноватостью пород, подмывом и подрезкой склонов, землетрясениями и проведением взрывных работ. В природных условиях наблюдаются катастрофические обвалы, когда обрушиваются миллионы кубических метров пород, что характерно для горноскладчатых областей в период землетрясений.

Разновидностью обвалов являются вывалы — обрушения глыб камней скальныхгрунтовизкровли горныхтранспортных тоннелей и откосов выемок железных и автомобильных дорог.

Для борьбыс обвалами на склонах, сложенныхскальными грунтами, широко применяют: цементацию трещинного массива путем нагнетания через скважины в трещины цементирующего вещества; устройства подпорных стен и контрфорсов (упоров) для укрепления крутыхнеустойчивыхоткосов, выемок вполускальныхгрунтах;строительство тоннелей — сооружений, обеспечивающих безопасность движения поездов и автотранспорта.

Осыпи — рыхлые скопления обломов горных пород различного размера у подножья склонов. У подножья склонов, сложенных метаморфическимипородами,образуютсяосыпи,состоящиеизплитчатых обломков глинистых сланцев, обладающих повышенной подвижностью, особенно при выпадении атмосферных осадков.

В горноскладчатых областях Сибири распространены курумы — разновидность осыпей, представляющая собой скопления крупных обломков (глыб) изометрической формы. Состоят они обычно из обломков магматических пород, характерной особенностью их является разрушительное воздействие на сооружения при возобновлении движения.

На равнинных территорияхосыпи образуются уподножьясклонов речныхдолин,представленыонипесчано-глинистымигрунтаминару- шенного сложения, обогащенными органикой.

102

191

Борьбасоползнямипредставляетсобойсложнуюзадачу.Различают пассивные и активные меры борьбы.

Пассивные меры включают мероприятия профилактического характера. Запрещаетсяподрезатьоползневыесклоны, возводитьсооружения и уничтожать растительность на склонах, производить взрывные работы вблизи склонов.

Активныемеры предусматриваютзакрепление грунтовоползневого склона и устройство инженерных сооружений. Они включают следующие мероприятия:

—борьба с размывом берегов реками и морскими волнами;

—выполаживание склонов путем срезания активной части и отсыпки грунта воснование и увеличениетакимобразом массы пассивной части оползня;

—отвод поверхностных вод отсклона путем устройства нагорных канав;

—отведение от склона подземных вод посредством устройства дренажей;

—устройство подпорных стенок в нижней части оползневого массива. Основаниеподпорных стен должнобыть заглубленонижеплоскости скольжения. За стенами с нагорной стороны устраивается дренаж для отвода подземных и поверхностных вод (рис. 74).

Рис. 74. Схема устройства подпорной стенки:

1 — оползневый массив; 2 — поверхность скольжения; 3 — коренные породы; 4 — подпорная стенка; 5 — дренажный вывод воды; 6 — дренажная засыпка (гравий); 7 — гидроизоляция; 8 — нагорная канава; 9 — дорога; 10 — отводная траншея

В течение четвертичного периода происходили неоднократные колебания климата. При похолодании наступали эпохи оледенения, при потеплении — межледниковья (рис. 24).

Рис. 24. Схема колебания климата в четвертичном периоде в России по К.К. Маркову (в скобках — названия эпох в Сибири)

Чередование эпох колебания климата позволилоразделить четвертичный период на отделы: нижнечетвертичный — QI, среднечетвер- тичный—QII, верхнечетвертичный —QIII исовременный (голоцен)—

QIV.

В связи с колебаниями климата происходили изменения условий осадконакопления в четвертичное время, в итогебыли сформированы рыхлые грунты разного происхождения (генезиса).

Грунты четвертичноговозраста мощностью до200 м перекрывают болеедревние(коренные)горныепороды. Именночетвертичныегрун-

190

103

тыявляются естественнымоснованием длябольшинства инженерных сооружений.

На территории России наибольшее распространение имеют следующие генетические типы грунтов (индексы свидетельствуют об их происхождении):

—ледниковые отложения (gl Q) — осадки, сформированные ледниками;

—флювиогляциальные отложения (fgl Q) — песчаные отложения водных потоков, образованных при таянии ледников;

—озерные отложения (l Q) — осадки, сформированные в озерах,

втомчислеподпруженныхприледниковыхводоемах.Представленыв основном глинистыми грунтами;

—аллювиальные отложения (a Q) — осадки, слагающие речные долины.Представленыпесками,гравием,галечниками.Образовались

восновном в межледниковые эпохи;

—озерно-аллювиальные отложения (la Q) — сформированы в проточныхозерах, блуждающихречныхдолинах. Дляниххарактерно двучленноестроение:внизупески, вверхнейчасти разрезапреобладают глинистые грунты;

—болотные отложения (b QIV) — осадки современных болот;

—эоловые отложения (v QIII-IV) — осадки, сформированные ветром. Представлены пылеватыми, песчаными грунтами;

—делювиальные отложения (d QIV-III) — осадки склонов речных долин, увалов;

—пролювиальные отложения (p Q) — осадки временных водных и водокаменных потоков (селей), распространены в предгорных и горных районах;

—морские отложения (m Q) — отложения морей, сформированы

впериод трансгрессий;

—субаэральные отложения (sa QIII-IV) — покровные отложения,

залегающие на озерных, аллювиальных и другого происхождения отложениях, представляют собой зону аэрации и облессования их. Характеризуются просадочными свойствами;

—техногенные грунты (t QIV) — грунты, сформированные или преобразованные человеком.

Геохронологические индексы и индексы генетические (по происхождению) используются при составлении инженерно-геологических карт и разрезов. Возраст пород(грунтов) и их происхождениепомога-

являющиеся водоупором для подземных вод вышележащих отложений краснодубровской свиты. Переувлажненная кровля кочковских глин является ослабленной зоной и одной из причин оползневых деформаций (рис. 73);

— в сейсмических районах оползни часто возникают в результате землетрясений даже незначительной силы.

Рис. 73. Оползень лёссовых грунтов на Оби (Барнаул)

Классификацияоползней. Изучением оползней и разработкой их классификациизанималисьФ.П.Саваренский,А.П.Павлов,В.Д.Ломтадзе, И.В. Попов, Г.С. Золотарев, Н.В. Коломенский, А.П. Нифонтов и другие исследователи.

По признаку причины потери устойчивости склона Н.В. Родионов выделяет следующие группы оползней:

а) консистентныеоползни,когдапотеряустойчивостивызывается изменением консистенции грунтов. Например, при переходе суглинков и глин из твердого в пластичное или текучее состояние при их увлажнении;

б) суффозионные оползни, когда в результате выноса мелких частиц или растворимыхсоставляющихподземнымиводами, выходящимивоснованиисклона,происходитразрыхлениедисперсныхгрунтов, вызывающее смещение оползневого массива;

в) структурные оползни, в этом случае смещение части склона происходит по плоскости напластования, по системе трещин и тектоническим разломам в направлении склона (см. рис. 41).

104

189

Состояние предельного равновесия системы определяется равенством нулю суммы моментов действующих сил относительно т. О (центра круглоцилиндрической поверхности). Вертикаль ОВ делит телооползня надвечасти. Вправойчасти располагаетсясоскальзывающая, активная часть оползня (АВД) массой P, с центром тяжести в т. О1,влевойчасти—выталкиваемая,пассивнаячастьоползня(ВСД), массой Q с центром тяжести в т. О2.

Поповерхности скольжениядействует сцеплениегрунтов ,удерживающее склон от оползания.

Моменты, действующие по часовой стрелке, считаем положительными, а моменты, действующиепротив часовой стрелки (препятствующиеоползанию), —отрицательными. При этих условияхуравнение примет вид: Pa – Qb – R = 0 — оползень находится в условиях предельного равновесия.

Если выражение будет больше 0, произойдет оползание; меньше 0 — увеличивается устойчивость массива.

Причины образования оползней. Как видно из уравнения пре-

дельногоравновесиясклона,причинамиобразованияоползнейявляются:

—увеличениемассыактивной части оползня:постройка инженерных сооруженийна бровкесклона, отсыпкатехногенных образований на склоне (строительного мусора, отвала снега и пр.);

—уменьшение массы пассивной части оползня: подрезка склона при строительстве автодорог, котлованов зданий, отбор обломочных грунтов (галечников, песков) из пляжной части склона в качестве строительных материалов, подмыв береговых склонов реками и морскими прибоями;

—важной причиной возникновения оползней является уменьшениесцеплениягрунтоввмассиве.Структурныесвязи вгрунтахослабляютсяподдействиемподземныхи поверхностныхвод. Атмосферные осадки,просачиваясьвтрещиныотрыва,смачиваютзеркалоскольжения, грунты насыщаются водой, приобретают пластичную и даже текучую консистенцию, прочность их снижается. Увлажнение грунтов увеличивает их массу. Движениеподземных вод в сторонусклона создает гидродинамическое давление, способствующее оползанию и интенсивному выносу частиц из массива, т.е. суффозии, в конечном итоге приводит к образованию оползней. В качестве примера можно привести интенсивное развитиеоползней в Барнаульском Приобье. В основании склонов долины Оби залегают глины кочковской свиты,

ют раскрыть закономерности формирования физико-механических свойств грунтов и их особенности.

Глава 9. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕНУДАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ГРУНТОВ

Под денудацией понимается совокупность экзогенных процессов, разрушающих горные породы на поверхности Земли, переноса продуктов разрушения, их накопления и формирования разнообразных отложений.

Для инженерной геологии наиболее важное значение имеют денудационныепроцессы,происходящиевтечениечетвертичногопериода и его современного отдела. Они формируют современные формы рельефа, в результатеих деятельности образуются генетические типы четвертичных грунтов.

Основными экзогенными процессами, определяющими инженер- но-геологические условия земной поверхности в четвертичное время, являются: выветриваниегорных пород (см. подразд. 4.1), геологическая работа льда, геологическая работа воды и ветра.

9.1. Геологическая работа ледников. Ледниковые грунты

Главным событием четвертичного периода являются многократно повторяющиеся оледенения северного полушария. Размеры оледенения характеризуются следующими объемами льда (табл. 17).

	Таблица 17
Объем четвертичного оледенения
Название ледниковых образований	Объем, млн км3
Европейский ледниковый щит	7,6
Урало-Сибирский ледниковый покров	0,7
Ледниковые щиты Северной Америки	23,87
Антарктический ледниковый щит	23,9
Все подземное оледенение	0,84
Итого	55,84

Европейское оледенение, сформировавшись в Скандинавских горах и на Полярном Урале, распространилось на территорию Русской равнины.

Согласноунифицированнойрегиональнойстратиграфическойсхемена Русской платформевыделяются пять самостоятельных оледенений: окское, днепровское, московское, калининское и осташевское, разделенных межледниковыми эпохами.

188

105

Самое древнее— окскоеоледенение —распространялось западнее

Степень устойчивости оползневого склона определяется по коэф-

границ России. Максимальным было днепровское оледенение, охва-

фициенту устойчивости:

тившее всю северную и центральную части платформы. В виде круп-

Куст = (Ntg + cl)/T.

ных заливов (Донского и Днепровского) оно достигало широты горо-

В числителе — сумма сил, сопротивляющихся оползанию (нор-

дов Днепропетровска и Воронежа (рис. 25).

мальная составляющая веса породы, внутреннее трение и сцепление

породы), в знаменателе — сталкивающие силы (массы породы, зда-

ний, построенных на ней, гидродинамического давления подземных

вод).

ПриКуст >1склоннаходитсявустойчивомсостоянии,приКуст = 1 —

в предельном равновесии; при Куст < 1 — в неустойчивом состоянии,

склон оползает.

Расчет устойчивости оползня с круглоцилиндрической поверхнос-

тью скольжения рассмотрим на упрощенномпримере(поИ.П. Попо-

ву) (рис. 72).

1. Представим себе, что часть слагающих откос пород, ограничен-

ная кривой АВС, находится в состоянии предельного равновесия.

2. Предположим, что отделение пород и их оползание происходит

по круглоцилиндрической поверхности с радиусом R.

3. Сопротивляемость пород сдвигу зависит только от величины

сцепления по поверхности скольжения.

	Рис. 72. Схема сил, действующих на оползень с круглоцилиндрической
Рис. 25. Схема распространения материковых оледенений, среднечетвертичных	поверхностью скольжения (по И.В. Попову):
зандров и четвертичных трансгрессий на Русской платформе.	О — центр круглоцилиндрической поверхности, ее радиус R; О1 — центр тяжести
Границы оледенений: 1 — днепровского; 2 — московского; 3 — калининского;	активной части оползня (АВД), Р — ее масса, а — плечо силы Р относительно т. О;
4 — осташовского; 5 — область ледниковой денудации; 6 — район зандров	О2 — центр тяжести пассивной части (ВСД), Q — ее масса, в — плечо силы Q
днепровского оледенения; 7 — зандры московского оледенения; 8 — площади	относительно т. О; — сцепление грунта на единицу поверхности скольжения,
распространения четвертичных трансгрессий	— по всей поверхности скольжения

106

187

В основании склона в результате оползня формируется бугристая поверхность, валы выдавливания, в углублениях между которыми скапливаются подземные и поверхностные воды, и происходит заболачивание. Наличие перечисленных элементов оползня (трещины отрыва, поверхность скольжения, надопозневой уступ, оползневые террасы, оползневой цирк)являетсяпризнаком неустойчивогосостояния склона, требующего проведения мероприятий по его укреплению.

Степень устойчивости склона определяется соотношением сил, действующих на оползневой массив.

Для расчета устойчивости склона применяют следующие методы:

—метод расчета устойчивости оползня с наклонной плоской поверхностью скольжения;

—метод расчета устойчивости оползня с круглоцилиндрической поверхностью скольжения.

Расчет устойчивости оползней по наклонной плоской поверхности скольжения (рис. 71) производят по уравнению

T = Ntg + cl,

гдеT—сдвигающаясоставляющаясилытяжести(общей массыпород Р, слагающих оползень);T =Psin kH;N —нормальная составляющая веса, удерживающая оползень в равновесии, N = Pcos kH; tg — коэффициент трения пород по плоскости скольжения; c — расчетное сцепление пород, МПа; l — длина плоскости скольжения пород А–Б, м; — угол наклона плоскости скольжения.

Рис. 71. Схема расчета оползня по наклонной плоской поверхности скольжения АБ (по В.Д. Ломтадзе): О — центр тяжести оползня

Московское оледенение достигло широты г. Москвы. Отложения московского оледенения выражены врельефев видехолмисто-морен- ных возвышенностей (Белоруссия, Смоленская, Московскаяобласти).

Калининское и осташевское оледенения, часто объединяемые в объемеволдавскогооледенения, занимали болеесеверныетерритории платформы.

НатерриторииСибирибольшинствомученыхвыделяютсяследующие оледенения: демьянское, самаровское, зырянское и сартанское, развивавшиеся одновременно с европейскими. Максимальным было самаровское оледенение, доходившее на юге Западной Сибири до широтного течения р. Обь (до г. Сургута и Ханты-Мансийска).

Впериодыледниковыхэпохпроисходилооледенениегорно-склад- чатых областей Кавказа, Урала, Алтая, Забайкалья и др.

Внастоящее время ледники занимают около 10 % поверхности суши: горные, в том числе ледники плоскогорий, и материковые. На территорииРоссиигорныеледникиимеютсянаКавказе,Алтае,СеверномУралеиостровеНоваяЗемля.Ледники плоскогорийрасполагаются на Скандинавском полуострове, а материковые — в Антарктиде, ГренландииинаШпицбергене.Максимальнаямощностьледникового покрова в Антарктиде составляет 4 200 м. Под действием тяжести толщи льда ледники сползают с материков и в виде громадных глыб (айсбергов) перемещаются по поверхности океанов.

Геологическая деятельность льда на суше обусловлена его движением. Массы льда мощностью до 2 000–4 000 м под действием силы тяжестиизобластейпитанияперемещалисьвобластитаяниясоскоростью от n мм до 1,25 м/ч. При своем движении лед истирал горные породы,выпахивалрытвиныибороздывземнойповерхности,шлифовал выходы скальных пород. При движении ледник вмораживает в свою массу обломки пород, переносит часть их на своей поверхности

иперемещает груды пород перед собой (как бульдозер), при этом значительно уплотняет их своей массой.

При окончании движения и после таяния льда формируются мощные толщи ледниковых отложений — морена.

Различаютморены,перемещаемыеледником(поверхностные, донные, внутренние), и отложенные: основные (подледниковые), продольные (расположенные вдоль бортов ледников) и конечные (массы отложений перед фронтом ледника после его таяния).

186

107

Врезультате оледенения на территории Русской платформы от Санкт-Петербурга на севередоВоронежа, Днепропетровска, Киева на юге были сформированы ледниковые грунты — морена (gl Q) в виде покрова мощностью 10–25 м и холмов (друмлин) высотой до 40 м.

ВЗападной Сибири ледниковые грунты были образованы в виде полосы длиной от Урала до долины Енисея (Сибирские Увалы) и шириной от р. Лозьва на севередо г. Ханты-Мансийск на юге. Ледниковые грунты (морена) изучены в междуречье Оби — Иртыша в бассейнахрекСалыма,Югана,Балыкапри изысканиижелезнойдороги Тюмень — Сургут. Морена изучена при строительстве БайкалоАмурскоймагистралиприпересеченииЗабайкальскогогорноскладчатого региона.

Моренные грунты обычно представлены суглинками, супесями темно-бурого цвета или опесчаненными красно-бурыми глинами и суглинками (московская морена) с включениями гравия, гальки и валунов с массой до 20 кг. Содержание крупнообломочной фракции (более2 мм) достигает 30 %. Для морены характерны неоднородность гранулометрического состава, отсутствие сортировки и слоистости. В гранулометрическом составе породы содержание песчаной фракции составляет 30–50 %, пылеватой 26–50 % и глинистой 24–36 %.

Моренныегрунтыхарактеризуютсянизкимизначениямипоказате- лейпластичности(числопластичности4–12)иособеннорезкоотлича- ются от других грунтов по высоким показателям плотности. Плотностьсухогогрунтамореныизменяетсяот1,81до2,1г/см3,коэффициент пористости составляет 0,26–0,40, показатель уплотненности (по В.А. Приклонскому), как правило, больше единицы (достигает 1,7), чтосвидетельствуетопереуплотненномсостоянии этогогрунта.Переуплотненность наблюдается и в слое ленточных глин, подстилающих морену.Высокаяплотностьхарактернакакдлясибирской морены,так

идля морены европейской части России (рис. 26).

Высокую степень плотности глинистых морен, по мнению Е.В. Шанцера, следует объяснять не столько статической вертикальной нагрузкой материковых ледников, сколькодинамическимвоздействием движущегося льда.

Морена обладает высокими прочностными свойствами (угол внутреннего трения 27°, удельное сцепление до 75 кПа) и незначительной сжимаемостью (модуль деформации 80 МПа).

Глава 15. ГРАВИТАЦИОННЫЕ СКЛОНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

15.1. Оползни

Оползни — скользящее смещениегрунтов по склону под действием силы тяжести и при участии подземных и поверхностных вод. Оползни возникают на склонах долин рек, берегов морей и озер, бортах оврагов и искусственных выработок.

Скорость движения оползней колеблется от нескольких сантиметров в год до 1000 м в сутки. Объем оползневых масс изменяется от нескольких кубических метров до сотен тысяч кубических метров. Они разрушают гражданскиесооружения, сносят участки железныхи автомобильныхдорог.Оползневыепроцессыприносятбольшойущерб на берегах Черноморского побережья Кавказа, Байкала, водохранилищ и в долинах Волги, Лены, Иртыша, Оби и других рек.

При возникновении оползня часть грунтов склона отделяется от массива трещиной отрыва и, потеряв с ним связь, смещается вниз к основанию (рис. 70). Поверхность, по которой происходит отделение оползневого массива и движение его вниз, называется поверхностью оползания, илискольжения. Посленекоторогосмещенияоползня вниз поверхность скольжениястановится видной какуступ над оползнеми называется надоползневым уступом. Площадку, образовавшуюся в результате опускания части склона, называют оползневой террасой. При полном смещении оползня в склоне образуется чашеобразное углубление, называемое оползневым цирком.

Рис. 70. Схема оползневого склона:

1 — оползневой массив; 2 — трещина отрыва; 3 — поверхность скольжения; 4 — надоползневый уступ; 5 — оползневая терасса; 6 — валы выдавливания

108

185

Рис. 69. Шпунтовые ограждения котлована (план): 1 — шпунтовое ограждение; 2 — линия забивки шпунта

—устройство противофильтрационных завес (барражи — под-

земные плотины). По периметру котлована проходится тесный ряд скважин, в который нагнетается водонепроницаемый материал (глиноцементный раствор, асфальтобетон, буронабивные сваи). Глубина завесы до водоупора, ширина несколько десятков сантиметров;

—закрепление методами технической мелиорации (силикатиза-

ция,цементация,замораживание).Искусственноезамораживаниеплывуновнаиболеечастоприменяетсяприпроходкетранспортныхтоннелей на период строительства. Вдоль оси тоннеля на участке пересечения плывуна бурится система скважин через 0,8–2,0 м. Скважины оборудуются замораживающими колоннами, через которые насосом прокачиваютхладоноситель(аммиак,фреон).Врезультатеобразуется ледопородный массив (или ледопородное ограждение). После возведения сооружения и устройства качественной гидроизоляции ледопородная защита ликвидируется;

—при проходкеподземныхтранспортныхвыработокприменяется опережающеебурениедляпредупреждениякатастрофическихпритоков (прорывов) плывунов.

Впоединкесложнымиплывунами применяютсявсеспособыборьбы. В борьбе с истинными плывунами используются лишь замораживание, шпунтовое заграждение и химическое закрепление.

184

Рис. 26. Соотношение показателя уплотненности (d) и коэффициента пористости (e) ледниковых грунтов:

1 — морена Обь-Иртышского междуречья; 2 — морена Поволжья (по В.А. Приклонскому); 3 — ленточные глины самаровского горизонта;

4 — ленточные глины, перенесшие воздействие нагрузок морены и оледенения

Флювиогляциальные (водно-ледниковые) (fgl Q) грунты образова-

лись при таянии ледников. Потоки талых вод размывали мореные отложения, переносили размытый материал, сортируя его, и, по мере падения скорости, отлагали слои гравия, галек и песков различной крупности. Часто эти отложения имеют вид узких гряд длинной в несколькокилометров(похожихнадорожнуюнасыпь),ониназываются озами. Озы являются месторождениями прекрасных строительных материалов для возведения дорожных насыпей и приготовления бетона.

Пологоволнистые равнины, расположенные за краем морен и состоящиеиз флювиогляциальныхотложений, называютсязандровыми полями (см. рис. 25).

В тесной связи с мореной находятся «ленточные глины» — озер- но-ледниковыеотложения(lglQ).Ониобразовалисьвприледниковых озерах в процессе отложения тонких темных прослоев глины зимой и миллиметровых слоечков мелкозернистого слюдистого песка летом.

Мощность толщ ленточных глин изменяется от 8 м на юге до 25 м на севере. Они залегают как под мореной (в этом случае характеризуются повышенной плотностью, до 1,90 г/см3), так и на морене. В этом случае их плотность составляет 1,30 г/см3, коэффициент пористости 0,9–1,25, показатель уплотненности поВ.А. Приклонскому от 0,05 до 0,69, что свидетельствует о их неуплотненном состоянии.

109

Ленточныеглиныхарактеризуютсяповышенными значениями показателей пластичности (число пластичности 12–27), устойчивостью при размокании в воде и достаточно высокими прочностными свойствами (угол внутреннего трения 18°, сцепление 42 кПа).

9.2.Геологическая работа атмосферных осадков. Делювиальные,пролювиальныегрунты

Вода дождей и тающего снега, стекая с возвышенностей рельефа в виде многочисленных струй, размывает кору выветривания горных пород(элювий), переноситпродуктывыветриваниякподножьюсклона.Такпроисходитплоскостнойсмыв,которыйприводитквыполаживанию местности. Образованные наносы на склонах и их подножьях называются делювием (делювиальные отложения — d Q) (рис. 27).

Рис. 27. Схема формирования делювия:

1 — атмосферные осадки; 2 — плоскостной водоток; 3 — кора выветривания (элювий); 4 — делювий (d)

Делювиальные грунты имеют широкое распространение в районе предгорных равнин, склонов речных долин и увалов.

Впредгорныхрайонахделювийпредставленсуглинками,супесями

ипескамисвключениямищебняидресвы.Наравнинах—суглинками, супесями, имеющими лёссовый облик. Мощность делювия изменяется от нескольких метров в равнинных районах до десятков метров в предгорьях.

Делювиальный грунт(dQ)частоявляетсяестественнымоснованием для инженерных сооружений. При увлажнении делювиальных грунтовзачастуюпроисходитихсползаниевнизпосклонуидеформация сооружений.

погружается.Причастыхударахнебольшой силысваялегкопогружаетсявгрунт.Послепрекращениязабивкисваяприобретаетзначительную несущую способность. Это явление объясняется тиксотропией.

Тиксотропией называется способность коллоидных систем разжижатьсяпод влияниеммеханического воздействия(встряхивания, вибрации), апослеустранения воздействияпереходитьвпрежнеесвязное состояние.

При частыхударах(динамическихсотрясениях)физическисвязанная вода частично переходит в свободную, связи между частицами грунта исчезают, свая легкопогружается. Послезабивки связи вгрунтах восстанавливаются, возникают связи между грунтом и сваей.

Способностьплывунаразжижатьсяпридинамическомвоздействии и восстанавливать связи после прекращения этого воздействия используетсяпривибрационномпогружениисвайвплывунахивибрационном бурении.

Основнойтрудностьюстроительстванаплывунахявляетсяпроходка строительных выработок (котлованов, тоннелей и др.).

При строительстве Северо-Муйского тоннеля на БАМе 20.09.79 г. взабой тоннеляпод давлением15 атм. произошел прорыв плывуна из Ангараканского«размыва». В течение7 мин было вынесено12 000 м3 водно-грунтовой массы. Проходку тоннеля удалось восстановить за два года.

Неоднократныепрорывыплывуновпроисходили втоннели СанктПетербургского метрополитена.

При проходке котлованов происходит разжижение грунтов, оплывание стенок, заплывание котлованов водонасыщенным грунтом. Часто наблюдаются переходы плывунов в подвижное состояние в сфере эксплуатирующихсясооруженийпри сейсмическихсотрясениях даже незначительной балльности.

Борьба с плывунами осуществляется различными способами:

—искусственное осушение плывунных грунтов на период строи-

тельства (откачка из котлованов, иглофильтры, водопонизительные скважины, дренажные штольни);

—шпунтовое ограждение применяется при небольшой глубине залегания плывуна. Вокруг будущего котлована забиваются деревянные, металлические шпунты, образующие сплошной забор глубиной до водоупора, защищающий котлован от плывуна. После чего проходится котлован и ведется откачка воды открытым способом (рис. 69);

110

183