8 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

В оползне течения обломочный материал обильно насыщен водой, а отчетливая плоскость скольжения отсутствует. Разжижение пород может произойти по разным причинам. Одна из наиболее частых причин — нарушение «чувствительных» глин, примером чего служит катастрофа в городе Николе в Канаде. Николе— небольшой городок, расположенный на южной стороне долины реки Святого Лаврентия в Квебеке. Он находится на низкой террасе, примыкающей к реке Николе — притоку реки Святого Лаврентия. Терраса некогда была сложена мелкозернистыми песками, имевшими мощность 2,5 м и залегавшими на сплошной толще серых слоистых глин, относящихся к формации Леда. Незадолго до полудня 12 ноября 1955 г. крупный блок террасы сполз в реку и образовалась воронка размером 100 X 200 м и глубиной 5—10 м. Движение продолжалось всего несколько минут, однако за это время были уничтожены школа, к счастью, пустая, и несколько домов. Погибло три человека.
Оползневый обломочный материал вел себя почти как жидкость. Это был классический оползень течения, а причиной его послужила «чувствительная» глина формации Леда. Чувствительность глины — это снижение прочности, вызванное разрыхлением или нарушением структуры породы. Чувствительность таких материалов, как глины Леда, которые могут быть названы «высокочувствительными» или плывучими, составляет около 90 %. Этого вполне достаточно, чтобы при нарушении глина вела себя как жидкость и могла течь. Образцы глин Леда выдерживали испытание на одностороннее сжатие 100 кПа, и все же эту глину можно выливать как жидкость после простого помешивания, не добавляя ни капли воды. Чувствительность глин Леда, возможно, обусловлена их осаждением в обстановке спокойного мелководного моря вблизи края ледника, образовавшегося во время последнего оледенения. Вследствие этого в глине более 50 % некоагулированных зерен имеет размер менее 2 мкм, к тому же 50 % массы всего материала составляет вода.
В таком состоянии сцепление зерен обеспечивается присутствием в воде соли. Послеледниковое поднятие этой толщи привело к тому, что через глины стала просачиваться дождевая вода, постепенно удаляя соль из вод, заполнявших поры. Уменьшение содержания соли примерно на одну десятую по сравнению с первоначальным значением сопровождалось потерей связи между зернами. В таком выщелоченном состоянии «чувствительные» глины могут изменить свою структуру и стать текучими под воздействием практически любого внешнего фактора. Вообще говоря, вопрос о причинах чувствительности глин весьма сложен, и вымывание солей — лишь одно из возможных объяснений этого явления. В числе других причин’можно назвать добавление диспергирующих агентов, например’соединений гумуса из залегающего выше торфа, а также разрушение неустойчивого гидроокисного цемента. По-видимому, на этот процесс могут одновременно влиять несколько факторов.
Основная причина оползня в городе Николе заключалась в том, что нижележащая глина становилась постепенно все более рыхлой и наконец превратилась в «чувствительную». Непосредственным стимулом оползня могло быть либо увеличение давления воды вследствие повреждений канализации, либо вибрации при движении транспорта и при ремонте канализационной сети. К сожалению, в то время, когда строили город Николе, еще ничего не было известно о свойствах «чувствительных» глин. В настоящее время такие глины распознаются по их геологической истории, гранулометрическому составу и содержанию воды. Их вполне можно определить в лабораторных условиях. Поэтому теперь никому не придет в голову возводить здания на участках, подстилаемых «чувствительной» глиной, как это было при строительстве города Николе.
«Чувствительные» плейстоценовые глины морского происхождения широко распространены на приподнятых участках низменностей на востоке Канады и в Скандинавии. За последнее столетие в этих районах было зарегистрировано не менее 40 крупных оползней. Самый разрушительный из них произошел в Норвегии в 1893 г., когда 70 млн. м3 глины сползло в долину Вер даль рядом с Тронхеймсфьордом. Этот оползень течения разрушил 22 фермы и унес 111 человеческих жизней. Разжиженная глина двигалась как волна — сначала очень быстро, а затем все медленнее и медленнее, однако она успела за 45 мин продвинуться на 8 км вниз по долине, где остановилась и постепенно затвердела. Эта жидкая грязевая волна причинила значительный ущерб, хотя были и казусы: одной семье удалось «проехать верхом» на грязевом потоке более 6 км, сидя на крыше жилого дома. Но у большинства людей не было никакой надежды на спасение, когда их фермы, расположенные в долине, были затоплены этой грязевой волной.
В качестве причины, провоцирующей движения таких грунтов, нередко выступает сам человек, точнее, его действия. Так, в 1950 г. в Сурте (долина Гота, Швеция) в одном из населенных районов шло строительство. Вибрации грунта при забивании свай вызвали оползень «чувствительной» глины. За 3 мин грунт переместился на 130 м, при этом был уничтожен 31 жилой дом и разрушены значительные участки шоссейной и железной дорог. К счастью, обошлось почти без человеческих жертв — погиб только один человек. В декабре 1977 г. оползень течения произошел в районе, который считался безопасным в этом отношении. В Туре, пригороде Гётеборга, поток снес 67 домов и погибло 8 человек.
Город Сен-Жан-Вьянней в Квебеке расположен в защищенной лощине, окруженной террасами, но под ним залегает пользующаяся ныне дурной славой глина Леда. Незадолго до описываемых событий было установлено, что эта лощина представляет собой верхний конец большого оползня течения, который произошел здесь в XV или XVI веке. 4 мая 1971 г. часть оползня опять начала двигаться. Первыми в 7 ч вечера эти подвижки ощутили животные: их невозможно было загнать на некоторые пастбища. А 3 ч спустя эти пастбища были уничтожены оползнем. Оползневый процесс быстро разрастался. К сожалению, было уже темно и людей не смогли оповестить о надвигающейся опасности. Тем временем самая подвижная часть оползня разрушила большой жилой массив. Один из оставшихся в живых очевидцев катастрофы видел, как дороги, автобус, машины и 40 домов исчезли в воронке глубиной 20 м и более 0,5 км в поперечнике. Именно эта воронка и была местом образования оползня. Обломочный материал в виде 15-метровой волны переместился вниз по небольшой долине на расстояние 3 км и влился в реку Сагеней. Погиб 31 человек. После катастрофы было эвакуировано все население города, так как укрепить неустойчивую «чувствительную» глину даже под очень пологими склонами практически невозможно.
Чувствительные, или плывучие, глины могут разжижаться при малейших внешних воздействиях либо под влиянием медлен-! ных внутренних изменений, незаметно происходящих в породе.! Наиболее сильно сказываются на них природные нарушения,! возникающие вследствие вибраций при землетрясениях. В подоб-1 ных условиях перешли в текучее состояние глины Бутлеггер-1 Коув-Клей в районе города Анкоридж на Аляске. Установлено,! что в окрестностях Сан-Франциско оползни течения происходят! главным образом в хорошо сортированных, насыщенных водой! песках, которые при вибрации очень быстро разжижаются. В приведенных выше примерах разжижение было вызвано тем, что поры подвергшихся вибрации пород были насыщены водой. То же самое может произойти, если обширные поры породы заполнены воздухом, что характерно, например, для таких материалов, как лёсс. Наиболее разрушительными из когда-либо зарегистрированных в мире были катастрофические оползни течения в сухом лёссе, происшедшие во время землетрясения 1920 г. в провинции Ганьсу (Китай); при разрушении жилищ, построенных в лёссовых террасах, погибло около 100 000 человек.
Сотни оползней течения были отмечены в неуплотненных песках на побережье острова Зеландия, находящемся во владении Дании. Оползни здесь наблюдаются в основном при полной ^оде и в прилив. Пески, первоначально имеющие поверхностный наклон около 10°, обычно стабилизируются, когда наклон откосов достигает 3–4°. Повышенное содержание воды явилось также причиной образования множества обломочных и грязевых потоков в районе города Санта-Моника на юге Калифорнии во время сопровождавшихся ливнями ураганов в январе 1969 г. Оползни развивались на крутых склонах гор, окружающих многочисленные деревни, расположенные в столь привлекательном, но опасном для строительства жилых домов месте. Вполне типичным был оползень в каньоне Топанга. Он произошел в самый разгар бури, начался на склоне около 40°, совершенно неожиданно устремился вниз, и его грязевой поток поднялся выше крыш домов; при этом три человека погибли.
Оползень, который начинается как относительно безобидное перемещение блоков породы, может под воздействием рассмотренных выше факторов внезапно стать стремительным и опасным. Разжижение осадков может произойти, если верхняя часть оползневой массы сдавит подошву оползня настолько, что там поднимется давление воды в порах пород. Малые размеры пор и действующие в них силы поверхностного натяжения будут при этом способствовать сохранению текучей консистенции грунта. В 1938 г. это послужило основной причиной катастрофического обрушения плотины Форт-Пек, которая в то время возводилась через реку Миссури в штате Монтана. Это была намывная плотина, тело которой образовали мелкий песок и алеврит, заполнившие пространство между двумя стенами из более грубозернистого песка. Строительство уже было почти завершено, и вдруг плотина обрушилась. Развился огромный оползень течения, и 10 млн. м3 материала, из которого была сооружена плотина, размылись по строительным площадкам. За 3 мин оползень переместился на несколько сотен метров и разжиженная масса поглотила множество разной техники, а также 80 рабочих.
Позднее утверждали, что оползневое обрушение вначале произошло в сланцах, которые являлись фундаментом плотины. Это вызвало смещение находящейся под фундаментом насыпи из грубозернистого песка, что в свою очередь сделало возможным смещение и разжижение мелкозернистых алевритов в ядре плотины. С учетом того что последовательно проявились скольжение в сланцах и разжижение песка, после катастрофы плотина была построена заново, на этот раз с более мощной внешней песчаной оболочкой и уплотненной внутренней засыпкой.
Разрушительные оползни течения могут возникнуть и в накапливающихся на склонах вулканогенных образованиях. Быстро отлагающийся вулканический пепел дает крупные грязевые потоки, когда сложенные этим материалом склоны насыщаются дождевой водой. Самой известной и ужасной по своим последствиям подобной катастрофой явилась гибель города Геркуланум: в 79 г. н. э. со склонов Везувия сорвался пропитанный влагой пепел и обрушился на город в виде громадного грязевого потока. Город вместе с населением был обречен.
Не менее страшны и разрушительны потоки любого обломочного материала вулканического происхождения. Так, в 1953 г. на вулкане Руапеху в Новой Зеландии обломочный материал был подхвачен весенней паводковой водой. Образовался грязевой поток огромной разрушительной силы. Этот поток промчался вниз по реке Уонгеху и смыл железнодорожный мост Танджива за две минуты до того, как по нему должен был пройти поезд. Поезд сорвался с разрушенного железнодорожного пути, и погибло 154 человека.
Почти такую же опасность таят в себе создаваемые человеком отвалы пород близ шахт и карьеров. Несмотря на то что эти отвалы обычно сооружаются под углом естественного откоса и на сухом основании, все же обрушения в результате смещения насыщенного водой и разжиженного обломочного материала происходят довольно часто. Обычно они незначительны по своим масштабам и потому особых бед не ^причиняют. Но оползни больших отвалов в рудничных поселках иногда приводили к крупным катастрофам.
В 1966 г. обрушился террикон, расположенный над шахтерской деревушкой Аберфан в Уэльсе. Теперь это название известно всему миру и упоминается во многих книгах по инженерной геологии. Эту катастрофу помнят потому, что она унесла 144 человеческие жизни. Среди погибших было 109 детей — учащихся деревенской начальной школы. Печальная известность этого события отчасти связана также с длительными дебатами, которые по поводу того, что послужило причиной оползня “и кто жен нести за него ответственность.
Аберфан расположен в Уэльсе на дне долины Тафф-Вейл, жягаей на 300 м ниже образованного карбоновыми песчаниками то Пеннант Здесь выходят на поверхность промышленные каменноугольные пласты; действует много угольных шахт, и постоянно возникает проблема отгрузки пустой породы. Отвалы вольной шахты Мертир-Вейл были размещены на не защищенной S ветра верхней части долины — как раз над деревней Аберфан я примерно на 100–200 м выше нее по склону, имеющему уклон 13° Эти склоны сложены массивным песчаником, относящимся к Аоомации Бритдир, которая является самым нижним литологи-ческим подразделением серии Пеннант. Песчаники пересечены множеством трещин, обусловливающих высокую водопроницаемость породы. Песчаник падает под углом 5° на юго-восток и перекрывает непродуктивный угольный пласт Бритдир, залега-ющий в свою очередь на водонепроницаемых глинах. На верхней части склонов наблюдаются маломощные перигляциальные отложения, представленные песчаниками и глинами, а вдоль нижней их части протягивается горизонт моренных глин, выполняющих также и дно долины. Характерной особенностью местности яв-пяется обилие мелких источников; многие из них сконцентрированы либо вдоль выходящей на поверхность подошвы водопроницаемого песчаника Бритдир, либо, если этот песчаник перекрывают водонепроницаемые моренные глины, — вдоль верхней границы глин.
Отвалы над деревней Аберфан появились еще в 1918 г., и пока росли отвалы под номерами 1, 2 и 3, никаких проблем не возникало В 1939 г. обрушился очень похожий на них отвал в поселке Силфинидд, расположенном в 8 км к югу. Образовавшийся оползень течения промчался 400 м вниз по склону, имевшему уклон 10°, со скоростью около 16 км/ч и покрыл дорогу Кардифф — Мертир 6-метровым слоем обломков (кстати, то же самое повторилось 27 лет спустя). К счастью, ни один человек не пострадал, и об этом случае вскоре забыли. Между тем отвалы породы в деревне Аберфан продолжали расти. Отгрузка породы на отвал 4 была начата в 1933 г. Этот отвал располагался на участке, где имелось несколько источников и мокнущих зон, питаемых из песчаников Бритдир. В 1944 г. отвал 4 также обрушился. При этом произошло смещение пород и возник оползень течения, но жертв, к счастью, не было.
Отвал 5 был размещен над открытой дренажной канавой. В 1956 г. в нижней части этого уже заброшенного отвала образовался угрожающий выступ, однако оползня не произошло. Отвал 6 находился на сухом грунте в северной части участка и выглядел вполне устойчивым, но его пополнение было прекращено после того, как основание отвала наползло на территорию соседней фермы. В 1958 г. начали формировать новый отвал — 7. Для него было отведено, казалось бы, очень удобное место — между двумя другими терриконами, хотя и здесь на дневную поверхность выходило несколько источников. В отличие от других отвалов, в отвал 7 кроме обломков пустой породы сгружали около 10 % материала так называемых «хвостов» — мельчайшего шлама, представлявшего собой отходы обогатительной фабрики. Это значительно понижало общую водопроницаемость отвала.
Отвал 7 впервые обрушился в 1963 г. Поначалу произошел небольшой оползень течения. Однако никто не обратил внимания на это зловещее предзнаменование, и пустую породу продолжали сгружать прямо в расселину, образовавшуюся вследствие оползня. Не было принято практически никаких мер предосторожности против повторения этого явления, за исключением одной: хвосты в отвал больше не сбрасывали. Весь «надзор» за этим районом сводился к тому, что его изредка посещали ответственные за безопасность горных работ лица, которые из-за своей недостаточной квалифицированности ограничивались поверхностным осмотром объектов.
Начиная с 1963 г. обеспокоенные жители деревни стали обращаться в Государственное управление угольной промышленности. В итоге переписки управление признало, что в районе действительно существует потенциальная опасность оползания отвалов. Но занимавшиеся этим вопросом чиновники решили, что любое смещение пород должно происходить достаточно медленно и поэтому в случае опасности население удастся заблаговременно предупредить об эвакуации. Никаких специальных мер предпринято не было, и лица, ответственные за состояние отвалов, продолжали пребывать в полном неведении. Они не знали даже того, что было известно местной детворе, фермерам и рабочим, производившим разгрузку породы и давно знавшим, что отвал 7 неуклонно расползается, перекрывая все новые и новые водные источники. Государственное управление угольной промышленности словно забыло о том, что обычно происходит с такими насыщенными водой отвалами.
В течение всего 1966 г. склон отвала 7 неоднократно оседал. В 7 ч утра 21 октября 1966 г. склон резко опустился на 3 м. Разгрузку породы прекратили, технику убрали, было послано предупреждение вниз — в шахту. Никто даже не предполагал, какая угроза нависла над деревней. В 9 ч утра отвал погрузился еще на 3 м, а 10 мин спустя в его основании возник оползень течения.” Сначала он двигался медленно, но постепенно набрал скорость и помчался вниз по склону со скоростью 15–30 км/ч, грохоча, как скорый поезд, и направляясь как раз в сторону деревни. Промчавшись 600 м, оползневая масса разрушила два дома на ферме, затем пересекла канал и железнодорожный путь и погребла край деревни под 10-метровым слоем обломочного материала.
Оставшиеся в живых рассказывали, что на деревню надвигалась волна черной грязи. Разжиженные осадки были в 2 раза плотнее воды. Внешние края потока состояли из почти сухого обломочного материала, но в основном поток представлял собой жидкую взвесь, достаточно густую и тяжелую, чтобы разрушать здания, и одновременно достаточно текучую, чтобы заполнять все пустоты пространства. Несколько человек убежали от потока, некоторым удалось спастись, укрывшись в защищенных местах, где они оставались до тех пор, пока не были отрыты спасателями. Погибло 144 человека, в том числе ученики начальной школы Пантглас, на которую оползень обрушился со всей силой и залил ее почти мгновенно до самого фронтона. К несчастью, все дети были на утреннем собрании в этом здании, обреченном на гибель, и никому из них не удалось спастись.
Для зарождения классического оползня течения необходимо совпадение целого ряда геологических и гидрогеологических особенностей. Именно это и случилось в районе отвала 7. Отвал был насыщен водой, особенно в своей нижней части, где располагались многочисленные источники, питавшиеся из водоносных песчаников Бритдир. Присутствие в отвале хвостов заметно уменьшило водопроницаемость самого отвала, что способствовало сохранению текучести оползневых пород. Поверхность происшедшего вначале обрушения пород (подобные движения часто возникают на отвалах), по-видимому, совпала с той поверхностью, которая образовалась во время подвижек в 1963 г. Затем в результате разуплотнения частиц в породе произошло ее разжижение и образовался оползень течения. Плотность сухого обломочного материала в отвале составляла 1,5 г/см3, а в материале, отложившемся после оползня, повысилась до 1,85 г/см3. Стало быть, исходный материал обладал способностью значительно изменять свой объем, что указывает на его высокую чувствительность и потенциальную склонность к разжижению.
Кроме того, во время первого вращательного обрушения подстилавшая отвал валунная глина была удалена с коренной породы, вследствие чего погребенные грунтовые воды могли поступать из водоносного песчаника прямо в подошву отвала. Сток воды из песчаника усилился еще и потому, что в результате оседания поверхности над подземными горными выработками в этом районе образовались две зоны сжатия — к северу и к югу от комплекса отвалов. Существование этих зон также способствовало повышению напора грунтовых вод. Значительное количество этих вод вышло на поверхность, и в средней части оползня возник грязевой поток.
Поскольку причины оползня в Аберфане известны теперь достаточно хорошо, встают вопросы, можно ли было предсказать и предотвратить этот оползень и как избежать повторения подобной катастрофы в других местах.
Как выяснилось в ходе официального расследования, степень рыхлости грунтов в отвалах у Аберфана вообще не учитывалась. Такие фразы, как «восемь лет безрассудства и халатности» и «абсурдные действия», произносившиеся при анализе катастрофы, были вполне справедливой критикой в адрес владельца отвала — Государственного управления угольной промышленности. Были нарушены практически все основные правила техники безопасности. Отвал просто разместили на том участке, который был в то время свободен, при этом геологические и гидрогеологические условия абсолютно не учитывались. Не было обращено никакого внимания на обилие источников, несмотря на то что они были хорошо заметны на поверхности, известны местным ребятишкам и фермерам и даже четко обозначены на всех опубликованных картах.
Официальные лица, на которых была возложена ответственность за создание отвалов, оказывается, не знали о том, что отвалы можно располагать лишь на хорошо дренированном грунте. На опубликованную в 1927 г. статью, в которой говорилось о возможности оползней в районах развития песчаников Бритдир и валунных глин, тоже не обратили внимания. Не придали также никакого значения отчетам, изданным в 1939 и 1965 г., в которых отмечалось, что оползень течения в Силфинидде произошел почти в таких же геолого-гидрогеологических условиях, которые наблюдаются в Аберфане. Аэрофотоснимки, сделанные в 1963 г., где хорошо была видна начавшаяся деформация склонов, тоже не возбудили опасений. Много только говорилось о необходимости принять меры противооползневой защиты, но никаких действий в этом направлении не предпринималось. Власти не придали значения и предупреждениям, в которых сообщалось об уже имевших место обрушениях отвалов в районах Силфинидда и Аберфана.
Уроки Аберфана несомненны и состоят в следующем. Прежде всего, необходимо проводить обязательные предварительные исследования для определения гидрогеологической обстановки на участках заложения отвалов. Следует также осуществлять постоянный контроль за состоянием отвалов, оценивая при этом водопроницаемость материала, слагающего отвалы, и смещения грунтов. Необходим и обязательный лабораторный анализ чувствительности пород. Не может быть никаких оправданий, если аберфанская катастрофа повторится. После 1966 г. было введено специальное законодательство, предусматривающее все перечисленные меры. Но уже ничто не сможет вернуть к жизни учеников Пантгласской начальной школы.