Обвалы, оползни, сели и другие опасные гравитационные процессы презентация

Гравитационные процессы –
геологические процессы обусловленные действием силы тяжести, которые наиболее активно развиваются на склонах, поэтому их часто называют склоновыми процессами.

Природные факторы развития гравитационных процессов
Географические причины - горно-складчатые области
Геоморфологические причины - высокий и крутой склон

Природные факторы развития гравитационных процессов
Геологические причины – развитие прочных скальных пород
Литологические и петрофизические причины (повышенная трещиноватость пород, структурно-текстурные особенности)
Структурные особенности и тектоническая активность территории

Антропогенные факторы формирования гравитационных процессов
Активизация выветривания
Подрезка склонов
Взрывы
Животноводческая и другая с/х деятельность

Антропогенные факторы формирования гравитационных процессов
Техногенная нагрузка на склоны
Прокладка подземных коммуникаций
Эксплуатация подземных вод
Горно-добывающая деятельность
Утечки систем водоснабжения и канализации

1.Обвалы

Обвал
Обвал (горный обвал) — это отрыв и катастрофическое падение больших масс горных пород, их опрокидывание, дробление и скатывание на крутых и обрывистых склонах.

Обвалы природного происхождения наблюдаются в горах, на морских берегах и обрывах речных долин. Они происходят в результате ослабления связанности горных пород под воздействием процессов выветривания, подмыва, растворения и действия силы тяжести. Образованию обвалов способствуют геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дробления горных пород.

Чаще всего (до 80%) современные обвалы связаны с антропогенным фактором. Они образуются:
при неправильном проведении работ,
при строительстве
при горных разработках.
Обвалы характеризуются:
мощностью обвального процесса (объемом падения горных масс)
масштабом проявления (вовлечения в процесс площади).

Классификации обвалов
По объему:
Грандиозные (V=50-100 млн.м3)
Крупные (1-50)
Средние (0,1-1)
Мелкие (<0,1)
По характеру (механизму):
Обвалы
Оползни-обвалы
Осовы (ступенчатое смещение и оседание увлажненной осыпи)

Усойский обвал (завал) и образование озера Сарез, Памир, 1916

Обвал в Кармадонском ущелье, 2002

Обвал склона над дорогой, Тибет

Обвал на дороге Турции

Обвал, заваливший горную дорогу, США, 2003 г.

Оценка и прогноз обвалов
Оценка обвальной опасности:
Наличие глыб в основаниях склонов
Анализ факторов обвалообразования
Прогноз:
По данным мониторинга
Расчет по эмпирическим формулам
Моделирование

Меры борьбы с обвалами
Профилактические:
Выравнивание склонов
Обрушение склонов
Уборка опасных глыб
Дренаж склонов
Конструктивные:
Защитные стенки
Дамбы
Контрфорсы
Защитные галереи
Укрепление склонов
Контрфо́рс (от фр.contre force — «противодействующая сила») — вертикальная конструкция, представляющая собой выступающую часть стены, вертикальное ребро, либо отдельно стоящую опору, предназначенную для усиления стены. Внешняя поверхность контрфорса может быть вертикальной, ступенчатой или непрерывно наклонной, увеличивающейся в сечении к основанию.

2. Развалы и камнепады

Развалы – распад крупных глыб и блоков пород на пологих склонах и вершинах гребней
Рассыпание – смещение развалов глыб и камней на незначительные расстояния по склону
Камнепад – падение и смещение по склону отдельных камней, щебня и глыб. Часто приурочены к начальной стадии обвалов
Схема формирования каменного развала на вершине гребня
камнепад

Меры борьбы с развалами и камнепадами
Профилактические:
Выравнивание склонов
Обрушение склонов
Уборка опасных камней
Дренаж склонов
Предупреждающие знаки в горах
Конструктивные:
Защитные стенки
Контрфорсы
Защитные галереи
Укрепление склонов

Вывал крупных глыб на дорогу, США, 2003 г.

3. Осыпи
Осыпь – движение по склону мелких обломков пород (наиболее распространенный тип гравитационных процессов в горах)
Механизм движения: прерывистый (накопление – смещение и т.д.)

Классификации осыпей
По объему (площади):
Крупные
Средние
Мелкие
По активности:
Действующие (активные), v = 10-15 см в год и более
Полузакрепленные (затухающие), v < 10
Закрепленные (неподвижные), v = 0

Прогнозирование осыпей
Методы прогноза:
По анализу факторов
По данным мониторинга
Расчетно-аналитические:
Коэффициент подвижности осыпи: Кп = α/ϕ,
где α– угол поверхности осыпи; ϕ - угол естественного откоса пород
Если Кп =1 – опасно
Если Кп <1 – не опасно
Осыпи на Заалайском хребте, Памиро-Алай
Осыпи на склонах Коллекторского хребта, Памиро-Алай

Меры борьбы с осыпями
Профилактические:
Планировка склонов
Расчистка склонов
Организация дренажа и др.
Конструктивные:
Закрепление склонов
Защитные и подпорные стенки и т.п.
Галерея для защиты дороги от осыпи, начало 1900-х (Ананьев, Потапов, 2000)

4. Оползни, сели, лавины
Часто сопутствуют землетрясениям и другим стихийным бедствиям, поэтому сложно вычленить нанесенный ими ущерб.

Оползни – это смещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести. Оползни происходят при крутизне склона 10° и более. На глинистых грунтах при избыточном увлажнении они могут возникать и при крутизне 5-7°. В настоящее время около 80% оползней связано с деятельностью человека.

Оползни образуются в различных породах в результате нарушения их равновесия, ослабления прочности.
Естественные причины образования оползней:
увеличение крутизны склонов,
подмыв их оснований морскими и речными водами,
сейсмические толчки и др.
Искусственные причины образования оползней:
разрушение склонов дорожными выемками,
чрезмерный вынос грунта, вырубка леса,
неправильная агротехника сельскохозяйственных угодий на склонах и т. п.

По масштабу:
крупные,
средние
мелкомасштабные.
Крупные оползни вызываются, как правило, естественными причинами и образуются вдоль склонов на сотни метров. Их толщина достигает 10-20 м и более. Оползневое тело часто сохраняет свою монолитность.
Средние и мелкомасштабные оползни имеют меньшие размеры и характерны для антропогенных процессов.
Классификации оползней

По активности:
активные
неактивные.
Активность оползней определяется степенью захвата коренных пород склонов и скоростью движения, которая может составлять от 0,06 м/год до 3 м/с.
На активность оползня влияют породы склонов, составляющие основу оползня, а также наличие влаги.
В зависимости от содержания воды оползни делятся на сухие, слабовлажные, влажные и очень влажные.
Классификации оползней

По механизму оползневого процесса:
оползни сдвига,
выдавливания,
вязкопластические,
гидродинамического
выноса,
внезапного разжижения.
По месту образования:
горные,
подводные,
снежные
искусственных земляных сооружений (котлованов, каналов, отвалов пород).
Классификации оползней

Лавинами называются массы снега или льда, низвергающиеся с крутых горных склонов. Они возникают под влиянием мощных снегопадов, интенсивного таяния снега, ливней, сейсмических толчков.
В СНГ около 20 % территории находится в лавиноопасных районах. Чаще всего лавины бывают в Средней Азии, на Кавказе, в Восточном Казахстане, Крыму, Карпатах, на Урале, в горах юга Сибири и Дальнего Востока.

Сель– грязевой или грязекаменный поток, внезапно возникающий в руслах горных рек. Сель может двигаться со скоростью более 10 м/сек, его продолжительность обычно не более 1-3 часов (редко до 10). Высота селевой волны достигает 5-15 м (максимальная – 25 м). В СНГ 20-25 % территории селеопасно.

Причины зарождения селей:
сильные
ливни,
промыв перемычек водоемов,
интенсивное таяние снега и льда,
землетрясения и извержения вулканов.
Возникновению селей способствуют и антропогенные факторы:
вырубка лесов
деградация почвенного покрова на горных склонах
взрывы горных пород при прокладке дорог
вскрышные работы в карьерах
неправильная организация отвалов
повышенная загазованность воздуха, губительно действующая на почвенно-растительный покров.

При движении сель представляет собой сплошной поток из грязи, камней и воды. Селевые потоки могут переносить отдельные обломки горных пород массой 100-200 т и более. Передний фронт селевой волны образует ≪голову≫ селя, высота которой может достигать 25 м.

Селевые потоки характеризуются линейными размерами, объемом, скоростью движения, структурным составом, плотностью, продолжительностью и повторяемостью.
Длина русел селей может составлять от нескольких десятков метров до нескольких десятков километров.
Ширина селя определяется шириной русла и колеблется от 3 до 100 м.
Глубина селевого потока может быть от 1,5 до 15 м.
Объем селевой массы может быть равен десяткам, сотням тысяч и миллионам кубических метров.
Скорость движения селей в среднем она колеблется в пределах от 2 до 10 м/с и более.
Продолжительность перемещения селей чаще всего составляет 1-3 ч, реже —8 ч и более.

Повторяемость селей в разных селеопасных районах различна. В районах ливневого и снегового питания сели могут повторяться несколько раз в течение года, но чаще один раз в 2 -4 года. Мощные сели наблюдаются один раз в 10-12 лет и реже.

Сели подразделяются по составу переносимого материала, характеру движения и мощности.
По составу переносимого материала различают:
грязевые потоки — смесь воды, мелкозема и небольших камней;
грязекаменные потоки — смесь воды, мелкозема, гравия, гальки и небольших камней;
водокаменные потоки — смесь воды с крупными камнями.

По характеру движения сели подразделяются на связные и несвязные потоки.
Связные потоки состоят из смеси воды, глины, песка и представляют собой единое пластичное вещество. Подобный сель, как правило, не следует по изгибам русла, а выпрямляет их.
Несвязные потоки состоят из воды, гравия, гальки и камней. Поток следует изгибом русла с большой скоростью, разрушая его.

По мощности сели подразделяют на катастрофические, мощные, средней и малой мощности.
Катастрофические сели характеризуются выносом более 1 млн м3 материала. Они случаются на земном шаре один раз в 30-50 лет.
Мощные сели характеризуются выносом материала объемом 100 тыс. м3. Подобные сели возникают редко.
При селях слабой мощности вынос материала наблюдается незначительный и составляет менее 10 тыс. м3. Они возникают ежегодно.

Последствия оползней, селей, обвалов

Основные поражающие факторы оползней, селей и обвалов
удары движущихся масс горных пород;
заливание и заваливание этими массами свободного ранее пространства.
В результате происходит разрушение зданий и других сооружений, скрытие толщами пород населенных пунктов, лесных угодий, перекрытие русел рек и путепроводов, гибель людей и животных, изменение ландшафта, нарушение транспортных путей.

Масштабы последствий определяются:
численностью населения, оказавшегося в зоне оползня;
числом погибших, раненых и оставшихся без крова;
количеством населенных пунктов, попавших в зону стихийного бедствия;
количеством разрушенных и поврежденных объектов народного хозяйства, лечебно-оздоровительных и социально-культурных учреждений;
площадью затопления и заваливания сельскохозяйственных угодий;
количеством погибших сельскохозяйственных животных.

Вторичные последствия:
ЧС, связанные с разрушениями технологически опасных объектов и прерыванием хозяйственной (вакационной деятельности).
Оползни, сели и обвалы на территории РФ происходят в горных районах Северного Кавказа, Урала, Восточной Сибири, Приморья, острова Сахалин, Курильских островов, Кольского полуострова, а также по берегам крупных рек.

Зашита населения при угрозе и в ходе оползней, селей и обвалов
Население, проживающее в оползне-, селе- и обвалоопасных зонах, должно знать очаги, возможные направления и характеристики этих опасных явлений.
На основе данных прогноза до жителей заблаговременно доводится информация об опасности и мероприятиях, предпринимаемых относительно обнаруженных оползневых, селевых, обвальных очагов и возможных зон их действия, а также о порядке подачи сигналов об угрозе возникновения этих явлений.

2. Провалы
чрезвычайные происшествия, при которых происходят подвижки грунта, приводящие к разрушению инфраструктуры, созданной человеком. Может быть вызвано как природными причинами, так и хозяйственной деятельностью человека. В результате провала образуется углубление в земной поверхности.

Пермский край, д. Березняки
глубина провала 15 м
Провалы могут иметь разное происхождение:
гравитационное,
карстовое,
криогенное
антропогенное

Провал грунта над подземным сооружением, Казахстан

Провал грунта на ул. Косыгина в Москве

Провал на Ленинградском проспекте, причиной стали проводимые неподалеку строительные работы

Провал грунта в Баку

Площадь провала грунта на Трубной улице составила около 600 кв. м
апрель 2007г

Геологическая деятельность подземных вод –основная причина провалов
Разрушительная деятельность подземных вод проявляется главным образом в химическом разрушении и выщелачивании горных пород, что связано с содержанием в них кислорода, углекислоты, различных органических и неорганических веществ.

Геологическая деятельность подземных вод
С деятельность грунтовых вод связаны специфические, часто опасные физико-географические явления и процессы:
Подтопление и заболачивание
Оползни
Карст
Суффозия

Подтопление
инженерно-геологический процесс, при котором в результате нарушения водного режима под влиянием комплекса техногенных и природных факторов происходит направленное повышение влажности грунтов или уровня подземных вод, нарушающих условия строительства или эксплуатации инженерного сооружения.

С 2000 по 2010 гг. в России подтоплено
около 900 городов
более 500 поселков городского типа
тысячи мелких населенных пунктов
256 элеваторов
Площадь подтопленных территорий в России:
застроенных территорий более 8000 км2
сельскохозяйственных угодий – более 34 тыс. км2

10 января 2007 г. Санкт-Петербург

Затопление
Затопление улиц г.Геленжика после обильных ливней в 2012 г.
Разрушение асфальта и грунтов на ул.Фадеева после спада затопления, г.Геленжик, 2012 г.

Подтопленные территории – участки с неглубоким уровнем залегания 1-го от поверхности горизонта подземных вод (< 3 м)
Выделяют территории:
Временно и постоянно подтопляемые
Естественно и техногенно подтопляемые
Затопление и подтопление территории в Германии во время наводнения, 1997 г.

Масштабы подтопления
Наибольшее подтопление территорий происходит в городах
Карта подтопления территории г.Москвы

Масштабы подтопления в Москве

Техногенные факторы подтопления
1. Подпор от барражирующего действия заглубленных частей зданий, тоннелей и др.
2. Подпор от участков набережных
3. Подпор от засыпанных оврагов, балок
4. Подпор от плотин
5. Утечки из коммуникаций
6. Отсутствие системы дождевого стока
7. Неправильное планирование и производство мелиоративных мероприятий.

Примеры техногенного подтопления
Подпор подземных вод от барражирующего действия тоннеля
Подпор подземных вод от набережной

Меры борьбы с подтоплением
Дренаж территории
Создание экранов, завес у зданий
Гидроизоляция фундаментов
Борьба с утечками
Организация поверхностного стока
Создание комплексной схемы общего водопонижения

КАРСТОВЫЕ и СУФФОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Карст - геологический процесс, сочетающий в себе растворение, выветривание и эрозию пород, сопровождающийся формированием особого режима подземных вод, деформациями земной поверхности и образованием особого карстового рельефа.
Процесс химического растворения пород и процесс выщелачивания.
Специфические формы рельефа поверхности, подземные формы растворения, cформировавшиеся в результате карстового процесса

Карбонатный карст
Вода, просачивающаяся с поверхности, содержит много растворенного углекислого газа, а потому легко растворяет известняк:
СаСО3 + Н2О + СО2 ? Са (НСО3)2
Попадая на стену или потолок пещеры, вода выделяет часть растворенной углекислоты, и бикарбонат вновь переходит в карбонат кальция:
Са (НСО3)2 ? СаСО3 + Н2О + СО2.
Таким образом на потолке и полу пещеры образуются разнообразные натечные формы.

Открытый карст – карстовые формы видны на поверхности; чаще развит в горных районах.
Закрытый карст – карстовые образования на поверхности не заметны, так как они перекрыты толщей каких-то других отложений; характерно для равнинных платформенных районов.
Типы и формы карста

Карры – углубления в виде ямок, борозд, канавок, образованные в основном выщелачиванием известняков поверхностными атмосферными водами.
Поверхностные формы карста

Желоба и рвы – более протяженные и глубокие, чем карры, участки карстового выщелачивания поверхности известняков, наследуют первичные трещины.

Озеро, образовавшееся в карстовой воронке

Пещеры – главные подземные формы карстового рельефа
Входной колодец в пещеру Да Ченг, Китай
Подземное карстовое озеро и грот. Капри, Италия
Воды образуют горизонтальные ходы и пещеры (самая крупная – Мамонтовая, в США, штат Кентукки, до 100 км., в Крыму – Чатыр-Даг, в России – Кунгурская пещера).
Подземные формы карста

Карстовая пещера

CУФФОЗИЯ

Суффозия – процесс разрушения горных пород подземными водами путем механического выноса твердых частичек породы, внешне похожий на карст, но принципиально иной, т. к. при суффозии идет вынос материала (мелких частиц пород) в нерастворенном состоянии.

Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи с образованием отрицательных форм рельефа: западин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров, а также пещер.
Суффозионно-карстовый процесс - процесс вмывания материала в трещины и полости, который как бы засасывается вниз в разжиженном виде, и на поверхности земли внезапно образуются провалы или медленно развиваются карстово-суффозионные воронки (воронки просасывания).

Суффозионный провал, Бирский р-он Башкортостана

Просадочные воронки на обочине выше по склону над провалами
Вертикальный суффозионный колодец, ниже по склону от провалов

Опасные карстовые, суффозионные и карстово-суффозионные явления

Возможные опасность и ущерб
Связаны с карстово-суффозионными деформациями толщи горных пород, образующимися в результате действия гравитационных и гидродинамических сил, приводящим к развитию карстовых и суффозионных форм рельефа (полостей, трещиноватых и ослабленных зон и т.д.)

Возможные опасность и ущерб
В населенных пунктах – обрушения приводят к жертвам и требуют на восстановление финансовых затрат.
Суффозия также осложняет строительство и сельское хозяйство; кроме того, вдоль цепи суффозионных просадок может заложиться овраг.
Под большими городами в карстующихся породах могут оседать промышленно загрязненные грунты, что приводит к загрязнению подземных вод, которые проникают в реки, водоемы и водозаборы.

Превентивные меры:
Инженерно-геологическое изучение местности на наличие карста.
Проведение экологической экспертизы и ОВОС
Четкое следование указаниям по строительству в соответствии с проведенными исследованиями.

Недоучет карстовых и карстово-суффозионных процессов в инженерно-строительной деятельности может привести к:
просадке и провалам жилых зданий над подземными полостями;
деформациям железнодорожного или автомобильного полотна;
значительной утечке воды из водохранилищ;
поступлению карстовых грунтовых вод в подземные выработки;
загрязнению подземных вод.

Дзержинск, Тверская обл. 9 февраля 2007г.

Березники, Пермская область, провал грунта, 2007 г.

Урал, Березники, 2007.
Провал земной поверхности над карстовой полостью произошел на промплощадке ОАО «Уралкалий» в конце июля 2007 г. Первоначально площадь участка провала над техногенной карстовой полостью составила примерно 60 на 40 метров, а глубина — около 15 метров.
По данным на 9 октября, величина провала составила 423 м на 318 м и увеличилась за неделю на восемь метров. Размеры воронки в коренных породах составили 405 на 280 метров .
Причиной провала стало затопление одного из участков старейшего рудника «Уралкалия», произошедшего 19 октября 2006 г.

Урал, г. Березовский, 2008 г.
Карстово-суффозионный провал у стены здания, построенного в начале 90-х гг. Первоначальная его глубина составила около 6 м. В результате сдвижения грунтов отмостка дома осела на 0,22 м, в ней появились трещины до 0,05 м. Причина провала - локальные подземные пустоты не были выявлены на стадии проектирования.

Карстовый провал в Гватемале
Провал составил 150 метров в глубину и столько же — в длину; в него попали несколько жилых домов. Более тысячи людей были эвакуированы, три человека погибли. По свидетельствам очевидцев, они ещё за месяц до обрушения начали ощущать, как земля трясется у них под ногами, и слышали грохот.

Карстовый провал в Гватемале

Нью-Йорк,2006 г.
Дорога провалилась прямо под колесами внедорожника, едущего по улице. Проблема в ветхих старых проржавевших трубах, которые лопаются, вода вызывает карст, происходят обрушения.

Карта карстовой и карстово-суффозионной опасности на территории г. Москвы
Категории карстоопасности:
1 - весьма опасная
2 – опасная
3 – малоопасная
Категории карстово-суффозионной опасности:
4 – весьма опасная
5 – опасная
6 - неопасная

Москва, 2010 г. Пример карстового провала в московском районе Южное Бутово. Под землю ушли 3 легковых автомобиля и грузовик. К счастью, никто не пострадал.

.
Провал 120 кв. метров асфальта на Минской улице, Москва, 2007 г.
- Пострадавших нет, но в результате движение перекрыто, город на три дня встал в бесконечных пробках.

Москва, 2009 г., Выборгское шоссе
Образовался карстовый провал в асфальте проезжей части. Размеры провала постепенно увеличивались. Пострадавших нет.

Москва, ул. Матросская Тишина. 2010 г.
На проезжей части у дома №15 на месте водосточного колодца образовался провал асфальта площадью 1 кв. метр и глубиной около двух метров. Позднее размеры провала несколько увеличились.
Москва, 2006 г., район Бибирево.
Во дворе жилого дома номер 74 по Алтуфьевскому шоссе из-за провала грунта под землю ушел легковой автомобиль ВАЗ-2110.
Пострадавших нет.

Москва, 2010 г.
В зоне развития карстовых воронок в стенах здания образуются трещины (слева вниз и направо): а) — диагональные (д. 4 к. 2 по ул. Расплетина); б) — вертикальные (д. 19 по ул. Куусинена); в) — вертикальные (д. 3 по ул. М. Малиновского).

Москва, Большая Дмитровка, 1998 г.
Для защиты фундаментов и подвалов здания на Большой Дмитровке, где ныне заседает Совет Федераций, соорудили водоотливную стенку. Чем нарушили сложившийся на этом участке гидрогеологический режим. Вода, скапливаясь за этой стенкой, подтопила соседний дом, фасад его треснул.
.
Москва, ул. Изюмская, 2005 г.
В районе дома 36 на Изюмской улице под «КамАЗом», груженным землей, проломился асфальт, и автомобиль рухнул в яму. Провал стал расширяться и поглотил припаркованные у обочины три легковых автомобиля. Образовалась яма диаметром около 20 метров.

Москва, 2007г., ул. Героев Панфиловцев.
Сильно поражена суффозионными провалами территория прилегающая к д. 13 по ул. Героев Панфиловцев. Вдоль всего дома наблюдаются провалы поверхности асфальта и грунта с многочисленными трещинами.
Повторное проявление процессов в местах их прошлой засыпки и асфальтировки поверхности.

Москва, жилой дом № 15 на ул. Вишневского, находится в аварийном состоянии.
В результате суффозии произошли неравномерные осадки фундамента здания, что привело к появлению в несущих конструкциях здания сквозных трещин раскрытием до 6—8 см; произошло частичное обрушение фундаментов.

Что еще может провалиться в Москве:
Станции метро "Сокол" и "Аэропорт" - районы с потенциально опасными карстовыми провалами. У большинства новостроек - усиленный фундамент. Он и вызывает проблемы с подземными изношенными водоводами.
На Сухаревской площади происходит замена малоэтажных зданий позапрошлого века на многоэтажные комплексы. Их мощные фундаменты перенаправляют естественные потоки грунтовых вод, которые вымывают карстовые пустоты под старыми застройками.
На площади Белорусского вокзала завершено подземное строительство развязки и торгового центра. Оно разрушает грунты в начале Ленинградского проспекта, в частности, под тоннелем-переходом и арками Тверского путепроводного моста.