5.3 Зсуви

Теоретичні відомості. Зсуви – це відрив і переміщення мас гірських порід по схилу під дією сили тяжіння. Основними зсувоутворюючими факторами є геологічні, геоморфологічні, гідрогеологічні та ландшафтно-кліматичні, на які накладається техногенна діяльність людини. Причиною утворення зсувів є порушення рівноваги між силою тяжіння і утримуючими силами, найпоширенішими причинами яких у свою чергу є:

• збільшення крутизни схилу в результаті підмиву водою;

• ослаблення міцності порід при вивітрюванні або перезволоженні опадами і підземними водами;

• дія сейсмічних поштовхів;

• будівельна і господарська діяльність.

Фактори, здатні викликати ці зміни, досить чисельні та різноманітні. Серед них суттєве значення мають процеси вивітрювання, які сприяють утворенню тріщин і зниженню опору ґрунтів зсуву. Поверхневі води морів, річок та озер підмивають підошву схилу і утворюють западину, над якою схил нависає (зменшення об'єму утримуючих мас). Важливу роль у зниженні стійкості схилів відіграють підземні води, які можуть розчиняти і виносити частинки ґрунту під підошвою схилу і таким чином викликати зсуви суфозійного походження. Стійкість схилів може знизитись також внаслідок гідростатичного тиску води (яка збільшує діючі зсувні сили), додаткового зволоження маловологих порід атмосферними та господарськими водами, господарської діяльності людини (поливи, господарчий водоскид, будівництво на схилах, підсічка схилу при будівництві шляхів, розорювання території), впливу сейсмічних явищ тощо.

При оцінці стійкості (М. М. Маслов) усі схили підрозділяють на три основні групи: схили зносу, схили обрушення, схили накопичення. Зазвичай зсув має форму півкільця, утворюючи пониження в середині. Зсуви широко розвинуті на берегах річок, морів і озер у платформних областях, де при субгоризонтальному заляганні порід є витримані горизонти глинистих відкладів, що обумовлюють утворення зсувів видавлювання (детрузивних), які відрізняються великими об'ємами, блоковою будовою та швидкими переміщеннями. Розрізнюють такі стадії розвитку зсуву:

• прихована – від початку мікрозсування до появи видимих ознак формування зсуву (тріщин на земній поверхні, випирання порід в основі борту кар'єру тощо); швидкість посування наприкінці прихованої стадії 1-10 мм/добу;

• початкова – з моменту появи видимих ознак до переходу в сталу чи активну стадію;

• стала – період, в який посування характеризується постійною швидкістю; проявляється на пологих бортах лежачого боку, може зупинитися до переходу в активну стадію;

• активна – період, коли швидкість переміщення безперервно збільшується;

• затухання – період, коли швидкість посування зсунутих мас зменшується до повної їх зупинки.

Вторинними переміщеннями називають активізацію раніше спостережуваних деформацій (головним чином зсувів), що виникає в результаті зовнішніх впливів (вплив підземних вод, випадання атмосферних опадів, танення снігів, збирання частини зсунених мас, зовнішнього перевантаження тощо), що нерідко супроводжується залученням у рух мас гірських порід, раніше не порушених руйнівними деформаціями.

За даними міжнародної статистики, 80% сучасних зсувів тим чи іншим чином пов’язані з діяльністю людини. В результаті зсувів виводяться з користування великі площі сільськогосподарських угідь, збільшується ерозійна небезпека земель. Масштабність розвитку зсувів і еколого-геологічні наслідки їх дії на оточуюче середовище визначаються об'ємом ґрунтових мас, що переміщуються, і швидкістю зсуву. Вона особливо зростає в умовах високої енергії рельєфу, крутих і високих схилів, в першу чергу там, де вони субпаралельні крупним розломам. Найбільші зсуви, часто з катастрофічними наслідками, виникають у тих випадках, коли потужна товща міцних порід залягає на слабколітифікованих або пливунних породах, в яких виникають явища повзучості, видавлювання й випливання.

Зсуви можуть бути віднесені до катастрофічних процесів, оскільки у разі короткого етапу підготовки, вони утворюються раптово, мають велику швидкість пересування (до 1 м/хв.) і становлять пряму загрозу життю людини. При тривалому періоді підготовки зсуву, коли розвиток процесу йде поволі й нерівномірно, він звичайне не є несподіваним і не становить безпосередньої небезпеки для людини, але і в цьому випадку може привести до порушення природного середовища і до значного матеріального збитку.

Для розробки протизсувних заходів важливо знати основні форми порушення стійкості укосів та схилів. Форма зсуву є наслідком сукупності ряду факторів природних обставин: неотектоніки, клімату, геологічних особливостей структури товщі схилу, інженерно-геологічних властивостей ґрунтів, гідрогеологічних особливостей водостоку, режиму ґрунтових вод тощо. Виявлення причин зсуву дозволяє найбільш ефективно боротися з ним.

У залежності від причин зсувів виділяють такі форми порушення стійкості схилів:

- обвали та вивали (рис. 5.4 а) виникають у жорстких породах при крутих уступах і розвинутій тріщинуватості;

- обрушення із зрізом і обертанням виникають на схилах, які складені глинистими ґрунтами з достатньо однорідною будовою. Лінії зрізу укосу мають криволінійний обрис (рис. 5.4 б);

- скол при просіданні (рис. 5.4 в), обумовлений видавлюванням із товщі укосу або з його основи слабких розм'якшених порід просідаючих або розморожених ґрунтів, витіканням із схилу гідродинамічно нестійких пісків-пливунів, хімічною суфозією;

- зсув сковзання (рис. 5.4 г) має яскраво виражену поверхню сковзання із значним кутом падіння у бік схилу. Сковзання відбувається по малопотужних глинистих прошарках, контакту двох шарів, лініях тектонічних розломів. Вирішальну роль тут завжди відіграє вивітрювання та змочування водою поверхні сковзання;

- покривні зсуви сповзання (рис. 5.4 д), при яких роль поверхні сковзання виконує поверхня корінних порід;

- обпливання (рис. 5.4 є) виникають при переміщенні по схилу сильно зволожених земляних мас, які за характером близькі до селю. Часто відбуваються у місцях виходу ґрунтових вод-джерел.

а – обвали, вивали; б – обрушення із зрізом та обертанням; в – скол при просіданні; г – сковзання; д – покривні зсуви (сповзання); є – обпливання;

1 – шлях; 2 – канал; 3 – річка; 4 – зсувний делювій

Рисунок 5.4 – Основні форми порушення стійкості і деформації схилів

Заходи щодо боротьби зі зсувами можуть бути направлені як на збереження, так і на поліпшення природних властивостей і напруженого стану ґрунтів. Збереженню механічних властивостей ґрунтів сприяє регулювання поверхневого стоку (улаштування зливової каналізації, нагірних канав, протифільтраційне одягання укосів), запобігання витоку із водопровідних та каналізаційних мереж.

За особливостями геологічної будови значна частина України належить до зсувних зон (крім Поліської низовини). Згідно з регіональним картуванням зсувів та створеним за цими роботами кадастром, в межах України виділено більше 20 тис. зсувних геосистем. У цю кількість не увійшли зсуви в межах лінійних об’єктів, гідротехнічних комплексів та інших природно-техногенних геосистем спеціального призначення. Крім цього зсуви поширені майже в 200 містах та селищах міського типу (тільки в м. Києві зсувні процеси охоплюють до 40 км² зсувонебезпечних схилів, де зафіксовано 170 зсувів загальною площею 0,32 км²), що створює постійну загрозу виникнення надзвичайних ситуацій та небезпеки для життєдіяльності населення. В основному, зсуви притаманні західним областям України, узбережжю Чорного та Азовського морів, характерні для зон тектонічних утворень, високих терас, уклонів ерозійних систем, правих берегів річок і водоймищ. За останні декілька десятків років площі зсувонебезпечних територій збільшились майже в 5 разів і найбільшого поширення набули у Закарпатській, Івано-Франківській, Чернівецькій, Миколаївській, Одеській, Львівській, Полтавській, Харківській областях та на Південному березі Криму. Значною мірою зсувами охоплені береги каскаду Дніпровських водосховищ та узбережжя Чорного і Азовського морів.

Імовірність виникнення зсуву визначається, як добуток ймовірностей діючих на нього чинників. Коли в сукупності, яку ми розглядаємо, n чинників, з яких m відносяться до високо імовірних, то імовірність виникнення зсуву визначається з співвідношення:

P = p^mq^n-m, (5.1)

де p і q – інтервали високої і низької імовірності відповідно.

В діапазоні зміни кожного чиннику виділяють інтервали (класи) високої і низької імовірності, приймаючи їх суму рівною 1. Так, при прогнозі зсувів-потоків чинник крутизни схилів має малоймовірний інтервал (0,1) для 15-20^о, а високо імовірний (0,9) – схили крутизною 20-50^о, тобто для чинника крутизни схилів сума імовірності дорівнює (0,1+0,9)=1. Подібним чином підбираються інтервали для інших чинників (табл.5.4 і 5.5).

Таблиця 5.4. Категорії небезпеки природних процесів для зсувів

Показники, що використовуються при оцінці ступеню небезпеки природного процесу	Категорії небезпеки процесів
	надзвичайно небезпечні (катастрофічні), 0,5 одиниць	дуже небезпечні 0,3 одиниці	небезпечні 0,2 одиниці	помірно небезпечні 0,1 одиниця
Площадкова враженість території, %	більш ніж 30	11-30	1-10	0,1-1
Площа разового прояву на одній ділянці, км^2	1-2	1-0,5	0,01-0,5	менш ніж 0,01
Об’єм захоплених порід при разовому прояві, млн. м^3	10-20	5-10	0,001-5	до 0,001
Повторюваність, од. в рік	0,01-0,1	0,1-0,25	0,25-0,75	1

Таблиця 5.5. Орієнтовний вплив шару зволоження на імовірність зсуву

Шар повного зволоження ґрунту, м	Імовірність зсуву у відносних одиницях	Шар повного зволоження ґрунту, м	Імовірність зсуву у відносних одиницях
0	0,001	3	0,17
1	0,1	4	0,2
2	0,13	5≤	0,4

Приклад:

Склад геологічного розрізу – лес (15м), гранітний шар (далі);

Глибина залягання ґрунтових вод – 10м;

Площадкова враженість території, – 20%;

Площа разового прояву на одній ділянці – 0,6км²;

Повторюваність – 0,1од. за рік;

Нахил залягання пластів – 40^о.

Розрахунок. Визначаємо об’єм захоплених порід при разовому прояві зсуву за формулою:

V_пор.=S∙H

де S – площа разового прояву на одній ділянці, км²; H – глибини верхнього шару породи, м.

V_пор.=0,6∙10⁶∙15=9млн. м³.

Оцінюємо імовірність прояву кожного з чинників:

1. Глибина залягання ґрунтових вод 10м, це на 5м вище від водоупору (гранітний шар) тобто шар породи в 5 метрів повністю зволожено, цей чинник за шкалою від 0 до 1 можна оцінити як 0,4 (табл. 5.5).

2. Площадкова враженість території 20%, за табл. 5.4 це складає 0,3 одиниці від суми ймовірностей прояву.

3. Об’єм захоплених порід при разовому прояві 9млн. м³ – 0,3.

4. Площа разового прояву на одній ділянці 0,6км² – 0,3.

5. Повторюваність, од. в рік – 0,5.

6. Нахил залягання пластів 40^о – 0,9.

Розраховуємо імовірність виникнення зсуву за формулою:

P = p^mq^n-m,

де p і q – інтервали високої і низької імовірності відповідно.

При різних значеннях n і m імовірність явища в межах досліджуваного класу може бути визначена з врахуванням групування різноімовірносних класів і числа поєднань.

Р = 0,4∙0,3∙0,3∙0,5∙0,5∙0,9 = 0,0081

Таким чином, при наявному складі чинників ризик виникнення зсуву невеликий і складає 0,0081.