geoquantics

Фактори, що впливають на стійкість схилів та схилів у ґрунті

Уривок з одного з модулів "Курсу з геологічних ризиків схилів та нестійких схилів", який викладається в навчальному центрі Ingeoexpert під керівництвом Хуана Хосе Переса Сантоса.

Стійкість схилів та схилів у матеріалах грунтового типу визначається факторами, здатними змінювати внутрішні та зовнішні сили, що діють на грунт. Ці фактори, що визначають ситуацію рівноваги схилу або схилу, згруповані у:

  • Фактори фактори, що обумовлюють (або “пасивні”): вони властиві природним матеріалам, таким як геометричні чи морфологічні, геологічні, гідрогеологічні, геотехнічні, структурні фактори. У грунтах літологія, морфологія та гідрогеологічні умови визначають стійкі властивості та поведінку місцевості.
  • Фактори тригери (або «активи»): це зовнішні фактори, які діють на ґрунти, змінюючи їх характеристики, властивості та умови рівноваги схилу або схилу, викликаючи або викликаючи нестабільність, коли дотримується ряд умов. Вони, як правило, відповідають за величину і швидкість рухів.

Фактори, що обумовлюють

Серед факторів, що обумовлюють, фізичні та стійкі властивості матеріалів (тісно пов’язані з літологією), а також морфологічні та геометричні характеристики схилів та схилів є основними для схильності до нестабільності. Іншими важливими факторами є геологічна будова та розриви, гідрогеологічні умови, ступінь вивітрювання тощо.

Наступні розділи включають деякі аспекти факторів, що обумовлюють нестабільність місцевості для схилів та схилів у матеріалах грунтового типу:

полегшення та геометрія вони відіграють певну роль у тому, що для здійснення гравітаційних рухів маси необхідний певний нахил. Гірські регіони - райони, найбільш схильні до виникнення схилів на схилах. Однак іноді, залежно від інших наявних факторів, досить малого нахилу в декілька градусів достатньо для виникнення певних типів нестабільності, таких як грязь або потоки землі. У випадку схилів дуже важливий їх нахил.

  • Стратиграфія та літологія.

Природа матеріалу, що утворює схил або схил, тісно пов’язана з типом нестабільності, яку він може зазнати (рис. 3.1 та 3.2), причому різні літології представляють різну ступінь потенційної сприйнятливості до виникнення зсувів або розламів. Фізичні та стійкі властивості кожного типу матеріалу, разом із наявністю води, визначають його поведінку під дією напруги та, отже, стабільність.

Такі аспекти, як чергування матеріалів різної літології, конкуренція та ступінь зміни, або наявність шарів м'якого матеріалу або твердих шарів, контролюють типи та розміщення поверхонь руйнування, які, як правило, орієнтовані, наприклад, верхні зони порушених порід або зони більш-менш однорідних ґрунтів.

  • Геологічна будова та розриви

Геологічна будова відіграє певну роль в умовах стійкості. Поєднання елементів конструкції з геометричними параметрами схилу, висоти та нахилу, а також з їх орієнтація, визначає проблеми стабільності, які можуть виникнути. Ці фактори мають більший вплив на скелясті масиви, ніж на матеріали грунтового типу. Однак на ґрунти можуть впливати також розломи та розриви (розшарування), тому також важливо враховувати ці фактори. У розділі про нестабільність гірських порід особлива увага буде приділена цим типам факторів.

  • Гідрогеологічні умови.

Більшість розривів утворюються під впливом води на землю, наприклад, утворення поровий тиск, або перетягування та ерозія, поверхнева чи внутрішня, матеріалів, що утворюють схил або схил. Загалом можна сказати, що вода є найбільшим ворогом стійкості схилу (крім антропних дій, коли земляні роботи проводяться без геотехнічних критеріїв).

Наявність води на схилі або схилі знижує її стійкість, зменшуючи опір місцевості та збільшуючи сили, що тяжіють до нестабільності. Найважливішими його ефектами є:

  • Зменшення міцності на зсув площин руйнування за рахунок зменшення ефективного нормального напруження (σn '):

  • Тиск, що чиниться на розтягуючі тріщини, збільшує сили, які мають тенденцію до ковзання.
  • Збільшення ваги матеріалу за рахунок насичення:


Де:

γ сухий = суха питома вага;

S = ступінь насиченості;

γw = питома вага води.

  • Внутрішня ерозія підземним або підземним потоком.
  • Вивітрювання та зміни мінералогічного складу матеріалів.
  • Відкриття розривів водою

Форма фреатична поверхня на схилі або схилі залежить від різних факторів, серед яких є проникність матеріалів, геометрія або форма схилу та граничні умови. На схилах у ґрунтах геологічна структура та проникність матеріалів мають великий вплив на розміщення водного шару і, отже, на розподіл порового тиску на будь-якій потенційній поверхні ковзання на схилі (рисунок 1).

Рисунок 1. Схеми рівня води у схилі відповідно до проникності та розподілу матеріалів (Геологічна інженерія 2002).

Рівень води може зазнавати сезонних змін або як наслідок тривалих періодів дощів або посухи. Лише частина дощової води або стоку проникає в землю, а незначна частина досягає рівня води. Хоча модифікація рівня фреатів, як правило, зумовлена ​​повільними змінами та тривалими періодами, у випадку з високопроникними матеріалами відносно швидкий підйом може відбутися в результаті пунктуальних інтенсивних опадів.

Окрім води всередині землі, необхідно враховувати роль поверхневих вод (через опади, стікання тощо), які можуть спричинити значні проблеми зі стійкістю, створюючи сильний тиск на розривах і тріщинах, через які вона потрапляє, і в найбільш поверхневій ділянці суші; насправді розриви схилів у ґрунтах частіші в періоди інтенсивного дощу, після сильної шторму або в часи відлиги. Явища ерозії та промивання в м’яких або не дуже однорідних матеріалах також пов’язані з наявністю поверхневих вод.

Вплив води на властивості матеріалів залежить від їх гідрогеологічна поведінка. Найважливішим ефектом є тиск, який чинить вода і визначається значенням висота п’єзометричного рівня.

Найважливіші аспекти, які слід знати для оцінки величини та розподілу поровий тиск на схилах і схилах через вплив води є:

  • Гідрогеологічна поведінка Росії
  • Наявність рівня води та п’єзометричних рівнів.
  • Потік води на схилі o
  • Цікаві гідрогеологічні параметри: коефіцієнт гідравлічної проникності або провідності, гідравлічний градієнт, коефіцієнт пропускання та коефіцієнт

Пористий тиск, що діє всередині схилу, можна виміряти безпосередньо за допомогою п’єзометри. Ці прилади забезпечують значення тиску, який чинить вода в точці вимірювання всередині свердловини. Побічно тиск можна оцінити за допомогою проточна мережа схил або схил пагорба. Цей метод забезпечує значення тиску в різних точках поверхні розриву. Форма проточної мережі на схилі або схилі залежить від однорідності та анізотропії місцевості, що визначає її проникність у різних напрямках, та від геометрії схилу (рис.2).

Рисунок 2. Поточна мережа на схилі. Приклад п'єзометричної висоти, що відповідає точці А (геологічна інженерія).


Якщо елементи, необхідні для прокладання потокової мережі, невідомі, але положення рівня води всередині схилу відомо, за умови, що це вільний водоносний шар, тиск води, "u", над точкою може бути оцінено як вага вертикальний стовп води на ньому:


Де "z" - висота товщі води, а "γw" - питома вага води (залежно від анізотропії проникності матеріалів схилу та характеристик потоку, ця гіпотеза може припускати важливі помилки).

  • Геомеханічні властивості ґрунтів.

Можливий обрив схилу або схилу на користь певної поверхні залежить від її стійкості до різання. По-перше, цей опір залежить від стійких параметрів матеріалу, когезії та тертя.

  • Вплив вивітрювання.

У певних типах грунтів, процеси вивітрювання відіграють важливу роль у зменшенні їх стійких властивостей, що призводить до інтенсивних змін та деградації, коли матеріали піддаються впливу навколишнього середовища в результаті виїмки. Ця втрата опору може призвести до падіння поверхневого матеріалу і, якщо це вплине на критичні ділянки схилу, такі як його підніжжя, це може спричинити загальні розриви, особливо в умовах присутності води.

Тригери

З повагою до тригери, найважливішими є опади, зміни гідрогеологічних умов схилів, статичні перевантаження та динамічні навантаження, модифікація геометрії, ерозія та землетруси. Деякі з них, такі як зміни водних умов, геометрії, а також перевантаження та динамічні навантаження, часто є наслідком антропних дій.

  • Статичні перевантаження та динамічні навантаження.

Ці тиски, що чиняться на схили та схили, змінюють розподіл сил і можуть створювати умови нестабільності. Серед перших - вага конструкцій чи будівель, або інші типи вантажів, такі як сміттєзвалища, звалища, проїзд важкого транспорту тощо. які, діючи на головку схилів та/або схилів, змінюють свої умови стійкості настільки, наскільки вони вносять додаткове навантаження, яке може сприяти збільшенню дестабілізуючих сил.

Динамічні навантаження в основному зумовлені сейсмічними, природними або індукованими рухами та вібраціями, що утворюються підривом поблизу галявини або схилу або промислових заводів важкою технікою.

У випадках сильних сейсмічних рухів сили, що застосовуються миттєво, можуть спричинити загальний збій схилу, якщо є передумови, сприятливі для нестабільності. "Динамічна" стійкість схилу пов'язана з його "статичною" стійкістю, причому ті самі фактори, як правило, контролюють обидва типи стійкості.

В аналізі стійкості схилів та схилів у сейсмічних районах або районах, на які діють інші типи динамічних сил, ці сили повинні бути включені. Приблизно в розрахунках динамічну дію можна розглядати як псевдостатичну силу, задану як функцію максимального горизонтального прискорення внаслідок землетрусу.

  • Опади та погодні умови.

Метеорологічне та кліматичне розкриття руху схилів та нестабільність схилів принципово пов’язані з обсягом, інтенсивністю та розподілом опадів та кліматичним режимом. Таким чином, слід враховувати реакцію суші на інтенсивні дощі протягом годин (шторми) або днів, а також сезонну реакцію (сухі та дощові сезони протягом року) або багаторічну (вологі та посухові цикли).

Вода в землі створює тиск, що змінює напружені стани, через інтерстиціальний тиск і підвищену вагу, внутрішні та зовнішні ерозійні процеси та мінералогічні зміни, всі аспекти, що змінюють властивості та стійкість ґрунтових матеріалів.

Інфільтрація дощової води створює підземні та підземні потоки на схилах, збільшує вміст води в ненасиченій зоні та піднімає рівень води, поповнюючи насичену зону.

Кількість води, яка проникає в землю, залежить від інтенсивності та тривалості дощів, розміру запасного басейну, попереднього вмісту води в землі (положення рівня води та ступеня насиченості), від її проникності та пропускання, а також від рельєф та інші характеристики схилу, такі як наявність рослинності. Залежно від цих факторів формуються стани дисбалансу, які можуть призвести до нестабільності схилів.

сильні опади протягом годин або днів може спрацьовувати поверхневі рухи, такі як зсуви та потоки грязі або сміття, які впливають на змінні матеріали та ґрунти, причому реактивація старих зсувів також є частою.

Швидке просочування дощової води, насичення поверхневого рельєфу та збільшення тиску пор, пояснює породження рухів. Відсутність рослинності на схилах, наявність пухких матеріалів та попереднє існування нестабільності відіграють фундаментальну роль через більшу здатність до просочування та мобілізації матеріалів. Ризик, обумовлений цими процесами, в основному пов'язаний з їх раптовим виникненням.

Розкриття нового глибокі зсуви або великої величини не пов'язана з метеорологічними явищами сезонні, це обумовлено кліматичними умовами тривалий термін, з режимами опадів та достатніми умовами вологості, щоб суттєво змінити рівень ґрунтових вод та вміст води в землі. Основним механізмом, який сприяє нестабільності, є підвищення рівня води за рахунок чистого просочування води, причому збільшення питомої ваги суші відіграє другорядну роль. Загалом, чим менш проникні матеріали, тим менший вплив коротких опадів і більший вплив кліматичного режиму та багаторічних, річних чи сезонних умов.

повені та проспекти вони підсилюють дестабілізуючу дію дощів на схилах долин річок (особливо на меандрах та кривих або заглиблених ділянках русел річок). Ерозивна роль водної течії в основі схилу приєднується до ролі дощу, що насичує місцевість, створює потоки та зсуви або реактивує рухи (фото 3.5).

Фотографія 3. Зсув із схилу пагорба внаслідок зростання річки Куфранжа. (Аджлун. Йорданія). Рік 2014. Автор: Перес, JJ.

Інший тип кліматичних заходів процеси заморожування-відтавання сезонні умови, що спричиняють поверхневі нестабільності (соліфуксії) на схилах холодних зон. Швидкі процеси відтавання дозволяють раптово і тривало збільшувати вміст води в сипучих матеріалах.

  • Антропні умови.

Підвищення рівня води на схилах, як наслідок тривалих періодів дощів або заповнення водойм, штучних озер тощо, спричиняє збільшення інтерстиціального тиску, що може спровокувати або прискорити зсуви. Найгірший випадок стабільності схилів водойм та озер - це швидке падіння рівня води, коли створюються незбалансовані умови через залишки матеріалів на схилах з високим поровим тиском, які не розсіюються з такою ж швидкістю, як падіння рівня води.