Природа оползневых явлений.

Нарушение устойчивости склона с развитием оползневых явлений при достигнутом равновесном состоянии может быть вызвано:

1) увеличением активных сдвигающих сил;

2) уменьшение сил сопротивления;

3) одновременное воздействие обоих факторов.

Увеличение активных сдвигающих сил и вызванное этим развитие оползневых явлений связано со сдвигающими усилиями, которые возникают из-за возводимых на склоне инженерных сооружений, отсыпки, а также с увеличением веса самой толщи, возрастанием крутизны откоса и т.п.

Уменьшение сил сопротивления вызывается снижением сопротивляемости сдвигу горных пород, слагающих склон, уменьшением объема и веса удерживающих масс (при устройстве выемок поперек склона).

Процессы выветривания приводят к понижению сопротивляемости пород сдвигу и нередко сопровождаются интенсивным трещинообразованием. Такие же явления могут возникнуть при длительной медленной деформации склона в результате проявления ползучести слагающих его пород.

Влияние поверхностных и подземных вод на степень устойчивости оползневых масс проявляются:

а) в дополнительном увлажнении и ослаблении грунтовых масс, ранее залегающих выше уровня грунтовых вод;

б) во взвешивающем воздействии напорных вод на грунтовую толщу (это воздействие сопровождается уменьшением нормальных эффективных напряжений и тем самым ослабляет действующие в грунте силы сопротивления трения;

в) в гидростатическом давлении воды, заполняющей трещины в грунтовом массиве, которое увеличивает действующие на массив сдвигающие силы;

г) в силовом увлекающем воздействии потока грунтовых вод на вмещающие их грунтовые массы (гидродинамическое или фильтрационное давление);

д) в выносе песка из подстилающей толщи.

Противооползневые мероприятия:

– регулирование поверхностного стока;

– дренаж обводнённых горных пород;

– перераспределение масс горных пород;

– защита от подмыва и размыва;

– закрепление масс горных пород подпорными и анкерными сооружениями;

– искусственное улучшение свойств горных пород;

– лесомелиоративные работы;

– профилактические мероприятия.

4. Обвалы.

Обвальные явления принадлежат к группе гравитационных, так как развиваются под влиянием гравитационных сил на склонах и откосах. К ним относятся:

1. Обвалы – обрушение как отдельных глыб и блоков, так и более крупных объёмов твёрдых и относительно твёрдых горных пород из обнажений, расположенных на нагорном склоне выше бровки откоса, или из крутой, отвесной верхней части склона, сопровождающееся их скатыванием, опрокидыванием и раскалыванием. Проявляются в быстром и внезапном перемещении масс горных пород.

2. Вывалы – внезапный отрыв и падение отдельных глыб и блоков горных пород из откосов, выемок и полуваемок, бортов карьеров, с крутых и отвесных склонов, сложенных твёрдыми (скальными) или относительно твёрдыми (полускальными) породами.

3. Осыпи характеризуются только небольшими размерами отдельностей. Образуются там, где откосы и склоны сложены сильнотрещиватыми, раздробленными породами, отдельности которых при выветривании достигают размеров щебня, дресвы, или там, где они сложены рыхлыми породами.

Основная причина образования обвальных явлений – нарушение равновесия (устойчивости) масс горных пород на склонах и откосах.

Обвальные явления наблюдаются только в горных районах с резкопересечённым рельефом, в районах распространения высоких и крутых склонов, на участках склонов, подрезанных откосами выемок и полувыемок, а также в карьерах, имеющих крутые откосы.

Противообвальные мероприятия:

1. Периодическое обследование обвальных участков с целью выявления опасных неустойчивых глыб и блоков горных пород, обнажённых в откосах и на нагорном склоне. При таком обследовании составляют карту и специальную ведомость расположения опасных глыб и блоков и производят их маркировку.

2. Организация охраны обвальных участков с целью обнаружения обвалов и вывалов и немедленного предупреждения об этом соответствующих служб и организации работ по ликвидации последствий обвалов и вывалов.

3. Организация автоматической сигнализации об обвалах и вывалах с целью предупреждения аварий.

4. Проведение работ по срезке и уборке неустойчивых глыб и блоков горных пород с целью предупреждения образования обвалов и вывалов.

5. Наблюдение за нормальной работой противообвальных сооружений и их ремонт.

Специальные противообваольные сооружения:

1) улавливающие площадки в основании откосов выемок и полувыемок;

2) улавливающие стенки в основании откосов выемок и полувыемок;

3) улавливающие валы, канавы, и стенки на нагорном склоне;

4) надолбы (столбы), расположенные в шахматном порядке на нагорном склоне, для задержки и снижения скорости движения масс горных пород при обвалах;

5) облицовочные стенки для защиты горных пород от выветривания в откосах и обнажениях на нагорном склоне;

6) закрепление неустойчивых блоков горных пород анкерами из металлических стержней, труб и троса;

7) цементация трещин для придания породам в откосах и обнажениях монолитности и устойчивости;

8) галереи у откосов выемок и полувыемок для защиты полотна дорог от обвалов и вывалов;

9)обходы обвального участка по новой трассе или туннелем.

5. Плывуны.

Плывуны – пески тонко-и мелкозернистые, пылеватые и сильнопылеватые, водоносные, которые при вскрытии котлованами и горными выработками плывут.

Плывуны часто имеют недостаточную плотность сложения, под нагрузкой они уплотняются, выдавливаются из-под неё и образуют выпоры. Они слабые и ненадёжные как основание для сооружений.

Различают истинные и ложные плывуны.

Характерная особенность многих плывунов – склонность к тиксотропным превращениям. Они трудно разрабатываются. Быстро переходят в особенно жидкое состояние, неустойчивое состояние на участках работы экскаваторов, автомобильного транспорта там, где производятся работы по погружению свай, шпунтов и др.

В гранулометрическом составе истинных плывунов преобладают тонкозернистые и мелкозернистые фракции. Для них характерно повышенное или высокое содержание пылеватых фракций и обязательное присутствие глинистых частиц.

Плывуны обычно имеют пониженную плотность, повышенные пористость и влагоёмкость, малые или даже очень малые водопроницаемость и водоотдачу, обладают очень малым сопротивлением сдвигу.

Практические задачи проектирования и строительства сооружений на участках распространения плывунов связаны с оценкой:

1) условий строительства на плывунах, с использованием и х в качестве основания сооружений, с проектированием и строительством фундаментов сооружений;

2) условий строительства в плывунах, с необходимостью и х разрабртывать и сооружать в них глубокие выемки, карьеры, подземные горные выработки, туннели.

При неглубоком заложении фундаментов ограничивают величины нормативных напряжений на плывуны, устраивают уширенные фундаменты, предусматривают мероприятия по сохранению естественного сложения плывунов, исключающие возможность их вытекания, выдавливания, разрыхления, устраивать под фундаментами гравелистые, щебенистые или бетонные подушки. Кроме того, осуществляют конструктивные мероприятия, обеспечивающие жёсткость сооружений (армированные пояса, осадочные швы) и их сопротивляемость возможным повышенным и неравномерным осадкам.

При неглубоком залегании плывунов от поверхности земли и небольшой их мощности фундаменты закладывают на подстилающих их более плотных и устойчивых породах или на щебенистых, гравелистых подушках.

При глубоком заложении фундаментов применяют свайные фундаменты.

Для искусственного улучшения используют двухрастворную силикатизацию и электроосмотическое осушение плывунов.

2. Краткая характеристика основных групп грунтов.

Скальные породы — залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя, обладают высокой прочностью, практически водонепроницаемые и несжимаемые. Вода в таких грунтах фильтрует только по трещинам.

К скальным грунтам относятся горные породы, имеющие предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии более 5МПа. Наиболее высокой прочностью обладают магматические породы (80-400МПа), метаморфические образования (100-300Мпа). Скальные грунты осадочного происхождения (гипс, каменная соль, известняки, песчаники, конгломераты) характеризуются прочностью на сжатие от 6 до 120Мпа. Высокие прочностные свойства обусловлены наличием кристаллических связей, возникающих при раскристаллизации магмы или в процессе метаморфизма либо при цементации отложений (ангидрид, песчаники, брекчии). Важная характеристика, отношение к воде – размягчение и растворение (гипс, каменная соль – растворимы в воде, другие только размягчаются). Особенно подвержены размягчению породы, содержащие в большом количестве глинистые минералы. При размягчении несущая способность резко уменьшается, снижается сопротивление сдвигу и повышается сжимаемость. Для многих скальных грунтов характерна трещиноватость, которую необходимо учитывать при оценке прочности.

Крупнообломочные грунты — рассматриваются как осадочные несцементированные залежи обломков при полном отсутствии структурных связей (щебень, галечник, дресва, гравий). По ГОСТ 25100-82 выделяют валунный грунт (масса частиц крупнее 200мм более 50%), галечниковый (масса частиц крупнее 10мм более 50%), гравийный (масса частиц крупнее 2мм более 50%).

Прочность крупнообломочных грунтов зависит от слагаемых пород и плотности укладки. Наибольшую прочность имеют магматические породы, наименьшую – осадочные. Крупнообломочные грунты не поддаются уплотнению, обладают большой водопроницаемостью. В целом эти грунты являются надежным основанием зданий и сооружений.

Песчаные грунты — относятся к классу осадочных несцементированных пород и представлены различными по крупности песками без структурных связей, обладают высокой водопроницаемостью, под давлением уплотняются незначительно.

Рыхлые пески интенсивно уплотняются под воздействием фильтрующей воды и с помощью вибраторов. При действии нагрузки уплотнение их практически не зависит от влажности. Наибольшей прочностью обладают пески с преобладанием твердых, стойких к воде минералов (кварц, полевые шпаты и др.). В большинстве случаев песчаные грунты являются надежным основанием зданий и сооружений.

Глинистые грунты — по ГОСТ 25200-82 относятся к группе осадочных несцементированных пород и образуют важнейшую инженерно-геологическую группу грунтов. В зависимости от содержания глинистых частиц грунтам присваивается соответствующее название.

Наименование грунтов	Содержание глинистых частиц, %
Пески	До 3
Супесчаные	От 3 до 12
Суглинистые	От 12 до 18
Тяжелые суглинистые	От 18 до 25
Глины	Более 25

На свойства глинистых грунтов как дисперсных тел значительное влияние оказывает влажность, с увеличением которой, как правило, механические характеристики резко ухудшаются и зачастую приходится применять специальные меры по обеспечению устойчивости зданий и сооружений. Важное значение для строительных свойств глинистых грунтов имеет наличие в них глинистых минералов монтмориллонитового ряда, активно взаимодействующих с водой своей поверхностью и внутренней частью кристаллических решеток. Необходимо учитывать большую и неравномерную сжимаемость под давлением, изменение свойств во времени и своевременно принимать меры по обеспечению устойчивости оснований.

Водно-физические свойства глинистых грунтов: пластичность, набухание, усадка, размокание, липкость.

Усадка – свойство грунтов уменьшаться в объеме при высыхании. Грунт переходит в твердое или полутвердое состояние, появляются трещины и нарушаются структурные связи, прочность грунта резко снижается.

Набухание – обусловливается увеличением его объема при поглощении воды. Набухание сопровождается утолщением пленок связанной воды, увеличением расстояний между частицами и общим объемом грунта. Это вызывает развитие давления набухания, которое составляет 0,3…0,5МПа, и тем самым представляет определенную опасность особенно для малонагруженных фундаментов.

Размокание – характерно для глинистых пород, погруженных в воду. Интенсивность размокания зависит от структурных особенностей глинистых грунтов и содержания в них глинистых частиц. В процессе размокания резко уменьшаются прочность и устойчивость.

Липкость – способность их прилипать к различным материалам, находящимся в соприкосновении с ними. Эта способность обусловлена вязкостью пленок рыхлосвязанной воды. При строительной оценке это отрицательное качество.

Заторфованные – имеют различные свойства в зависимости от степени минерализации заторфованных слоев и вида залегания торфяных прослоек.

Открытые торфы (сплошные торфяные залежи);

Погребенные торфы – перекрытые слоями минеральных грунтов.

Эти грунты имеют высокую влажность, обладают существенной изменчивостью и анизотропией прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик.

Почвы — по зерновому составу являются суглинками или супесями и образуются под воздействием всех видов выветривания.

Искусственны грунты — по способу преобразования грунтов ГОСТ 25100-82 подразделяет все методы на уплотнение песчаных грунтов трамбованием, укаткой, осушением, кольматацией и т.д. и уплотнение пылеватых и глинистых, биогенных грунтов и почв с использованием электроосмоса, поверхностно-активных веществ, оттаивания, трамбования и т.д.

Насыпные грунты специально создаются в строительных целях (грунтовые подушки, насыпи, дамбы и др. или образуются в результате производственной или культурно-бытовой деятельности человека.

Намывные грунты уложенные гидравлическим способом обеспечивают высокую плотность, близкую к природной и как правило являются надежным основанием зданий и сооружений.

Геодинамические процессы. Оползневые явления.

Б.И. Далматов “Механика грунтов, основания и фундаменты”. -.Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. – 415 с.

Основные задачи курса

1. Оценка возможных геодинамических процессов.

2. Оценка свойства грунтов, возможность их деформации и потери устойчивости под действием нагрузок.

3. Разработка мер по уменьшению или исключению воздействия геодинамических процессов на возводимые сооружения.

4. Улучшение строительных качеств грунтов для возможности использования их в основании (в случае необходимости).

5. Определение рациональных размеров фундаментов и видов подземных конструкций сооружений.

6. Выбор методов устройства фундаментов, при которых не нарушилась бы структура грунтов в основании в период строительства.