Образование оползня заключается не только в формировании оползневого рельефа, но и в изменении внутреннего строения склона или откоса. Эти изменения создают определенное строение (структуру), которая обуславливается геологическим строением оползня, положением и формой поверхности или поверхности скольжения, по которой происходит смещение масс горных пород. В соответствии с этим Софроницкий предложил подразделять оползни на асеквентные, консеквентные и инсеквентные
1. Асеквентные. Оползни, образующиеся в однородных неслоистых породах. Поверхность скольжения вогнутая, она обусловлена физико-механическими свойствами пород. Трещины отрыва в верхней части склона у таких оползней образуют один или несколько заколов. И масса горных пород сползает вниз по склону в виде блока или блоков по вогнутой поверхности скольжения. Смотри рис 3.1 в лекциях. Поверхность скольжения таких областей обычно устанавливается легко, у подошвы слоя она менее четкая, хотя так же устанавливается.
2. Консеквентные. Образуются в неоднородных и трещиноватых породах, поверхность скольжения у таких оползней обычно предопределена строением склона или откоса. Сползание масс горных пород в этом случае происходит в виде блока или блоков либо они движутся подобно вязкой жидкости по наклонным поверхностям, приуроченным к поверхностям или зонам ослабления.
Зонами ослабления могут быть:
А) моноклинально-наклонная поверхность напластования пород;
Б) наклонные слои или прослойки слабых пород (глины, сажи и т.д.);
В) поверхность коренных пород и линейная граница зоны сильно выветрена;
Г) поверхность или поверхности трещин мерзлых пород;
Смотри рисунок 3.2 в лекциях.
Форма поверхностных отложений может быть волнистая и наклонно-ступенчатая. Она устанавливается сравнительно легко при непосредственных визуальных наблюдениях.
3. Инсеквентные (расположены вкрест простирания пород). Образуется в неоднородных, слоистых, залегающих горизонтально или наклонно в сторону склона горных породах. Поверхность скольжения врезается и пересекает слои разного состава. В вершине оползня она крутая, направленная вдоль поверхности трещин, а к подошве выполажается, срезая слои или один из них. Смотри рисунок 3.3.
9.Б. Причины образования оползней
1. Увеличение крутизны склона или откоса при их подработке или подмыве;
2. Ослабление прочности пород вследствие изменения их физического состояния при увлажнении, набухании, размокании, разуплотнении и выветривании;
3. Действие гидростатистических и гидродинамических сил, вызывающих развитие фильтрационных деформаций (процессы суффозии и т.д.);
4. Изменение напряженного состояния горных пород в зоне формирования склонов и строительства откосов;
5. Внешние воздействия (загрузка склона и хозяйственная деятельность человека).
10.А. Условия, способствующие формированию оползней
Под условиями, способствующими формированию оползней, следует понимать всю совокупность природных и искусственных условий, облегчающих действия сил, нарушающих равновесие масс горных пород. Из условий можно выделить:
1. Климатические особенности района;
2. Гидрогеологические режимы водоемов и рек (для береговых оползневых участков);
3. Рельеф местности;
4. Геологическое строение склонов и откосов;
5. Современные и новейшие тектонические движения и сейсмические явления;
6. Гидрогеологические условия;
7. Развитие сопутствующих экзогенных геологических процессов и явлений;
8. Особенности физико-механических свойств горных пород;
9. Инженерная деятельность человека.
10.Б. Свойства мерзлых пород
Физические свойства: влажность, льдистость, плотность и пористость основные физические показатели, характеризующие инженерно-геологические особенности мерзлых и оттаявших пород.
1. Под влажностью мерзлой породы понимается содержание заключенной в ней воды, удаляемой высушиванием при температуре от 105 до 150 °С до постоянной массы грунта. Различают суммарную, общую (естественную) и объемную влажности. Суммарная влажность (
)– это отношение массы воды всех видов в твердом и жидком состоянии к массе ее скелета, а в засоленной к массе скелета пород и содержащихся в них солей. Общая влажность – отношение массы всех категорий воды к массе мерзлой породы. Объемная влажность – отношение объема воды в твердой и жидкой фазах к объему мерзлой породы.
2. Льдистость Л – показатель, характеризующий общее содержание подземного льда в мерзлых породах в зависимости от величины льдистости породы подразделяются на сильнольдистые, слабольдистые и льдистые.
3. Плотность – отношение массы мерзлой породы с текстурообразующим льдом к объему мерзлой породы ненарушенного сложения. Плотность скелета мерзлой породы – отношение массы скелета породы к объему мерзлой породы с криогенными текстурами ненарушенного сложения. Плотность скелета мерзлых пород изменяется от 2 до 2, 73-2,57 г/см3.
4. Размываемость и размокаемость относятся к водно-прочностым характеристикам мерзлых пород и необходимы для оценки термоэррозионной и термоабразионной опасности. Они используются при оценке скорости переработки берегов. Речная эрозия (действие текущей воды), морская абразия (под действием прибоя). Размываемость – это свойство, характеризующее способность мерзлых пород отдавать агрегаты и элементарные частицы грунта текучей воде в результате одновременного теплового и механического воздействия воды. Размываемость твердых пород зависит от характера структурных связей в горной породы, льдистости и типа криогенной текстуры. Размокаемость – способность мерзлых пород терять связность и превращаться в рыхлую породу при взаимодействии с водой. Размокаемость является результатом растворения льда и ослабления связей между грунтовыми частицами при набухании.
5. Морозостойкость I обусловлена способностью горных пород выдерживать без разрушения многократные замораживания чередующиеся с оттаиванием. Морозостойкость оценивается числом циклов замораживания и оттаивания пород и соответствующей потерей ее прочности
11.А. Механические свойства. Механические (деформационные и прочностные) свойства мерзлых пород выражаются обычно через количественные показатели, которые устанавливают функциональную связь между величиной и видом механического воздействия и реакцией породы на это воздействие. К деформационным характеристикам мерзлых пород относятся модуль общей и упругой деформации, коэффициент Пуассона, показатели реологических кривых течения, кривых ползучести, коэффициента вязкости и сжимаемости. К прочностным относятся кратковременные и длительные значения прочности породы на сдвиге (коэффициент трения и сцепления), сжатия, растяжения и эмфиболентное сцепление.
11.Б. Связанная вода.
Прочно связанная или адсорбированная вода. Образуется при поглощении породами водяных паров преимущественно из почвенного воздуха. Удерживается на свободной воде с огромной силой (порядка 10 000 атмосфер). Имеет плотность в среднем равное двойке, обладая высокой вязкостью. Замерзает при температуре -78° С. Образует на частицах породы Pb не одинаковой толщины. Менее толстую на вогнуты частях, более толстую на выпуклых.
Рыхло-связанная вода: в горных породах образуется при конденсации водяных паров или остается в них после удаления капельно-жидкой воды. Удерживается на частицах породы с силой в 70 000 раз превосходящей ускорение силы тяжести. Образует на этих частицах пленку гидроскопической воды. Передвигается весьма медленно от участков с большим количеством плёночной воды к участкам с меньшим количеством ее. Не передает гидростатического давления. Замерзает при температуре ниже нуля в зависимости от толщины пленки и продолжительности замерзания. Рыхло-связанная вода, как и прочно связанная, может быть удалена из горных пород только высушиванием горных пород в сушильном шкафу при температуре 105-110 ° С.
12.А. Теплофизические свойства мерзлых пород. При кондуктивной передаче тепловой энергии оцениваются тремя основными характеристиками: теплоёмкостью, теплопроводностью, температуропроводность. Теплоёмкость. Под ней подразумевается количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы или объема породы, чтобы изменить ее температуру на один градус цельсия. Различают удельную и объемную теплоёмкость. Существует также понятие эффективной теплоёмкости, в которой учитывается и скрытая теплота фазового перехода.
Коэффициент теплопроводности λ характеризует породу в отношении ее способности переносить тепловую энергию и численно равен потоку тепла, проходящему через единицу площади породу в единицу времени при температурном градиенте равном единице.
Коэффициент температуропроводности а является показателем инерционности температурного поля и связан с коэффициентами теплоёмкости и теплопроводности следующими соотношениями:
12.Б. Рыхло-связанная вода: в горных породах образуется при конденсации водяных паров или остается в них после удаления капельно-жидкой воды. Удерживается на частицах породы с силой в 70 000 раз превосходящей ускорение силы тяжести. Образует на этих частицах пленку гидроскопической воды. Передвигается весьма медленно от участков с большим количеством плёночной воды к участкам с меньшим количеством ее. Не передает гидростатического давления. Замерзает при температуре ниже нуля в зависимости от толщины пленки и продолжительности замерзания. Рыхло-связанная вода, как и прочно связанная, может быть удалена из горных пород только высушиванием горных пород в сушильном шкафу при температуре 105-110 ° С.
13.А.. Текстурные особенности мерзлых пород.
Под криогенной текстурой мерзлой породы, понимается такое сложение ее ледяного каркаса, состоящего из включений и прослоев льда различной формы и размеров, ориентировки и пространственного расположения, при котором структура минерального скелета разделена на структурные отдельности. Понятие структуры мерзлых пород в отличие от криогенной текстуры включает изучение текстурных особенностей не только ледяных включений, но и органо-минеральной части. Текстура тонкодисперсных пород формируется в процессе их литификации. В зависимости от химико-минеральной и фациальной изменчивости пород при различных способах промерзания (сингенетическом, характеризующимся криогенным преобразованием осадков в породу с одновременным его накоплением и эпигенетическом, характеризующимся промерзанием литифицированных пород) проявляются специфические особенности криогенного текстурообразования. Синкриогенный тип промерзания идет одновременно с осадконакоплением. Эпикриогенный тип – промерзание после осадконакопления.
Криогенная текстура породы существенно зависит от ее текстуры и структуры до промерзания. Наличие в первоначально не мерзлых породах текстурных признаков (слоистость, трещиноватость) приводит к формированию унаследованных криогенных текстур. В однородных по составу и строению дисперсных породах в процессе промерзания образуются наложенные криогенные текстуры.
13.Б. Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную.
Капиллярная подразделяется на:
1) капиллярную воду углов пор. Залегает в углах более крупных углов пор в виде отдельных, разобщенных между собой капель, которые не передвигаются под действием силы тяжести, т.к. они прочно связаны со стенками пор поверхностью мениска.
2) Подвешена вода залегает в капиллярных порах, не имеющих связи с уровнем грунтовых вод, благодаря наличии в нижней части этих пор капилляров менисков воды, противодействующих движению ее вниз, вода находится в подвешенном состоянии и не сообщается с грунтовыми водами.
3) Собственно капиллярная вода. Заполняет в горных породах капиллярные поры и образует капиллярную зону над уровнем грунтовых вод, по свойствам близка к обычной воде. Передает гидростатическое давление, замерзает при температуре несколько ниже нуля, в зависимости от размеров пор капилляров и продолжительности замораживания.
Гравитационная вода. Собственно подземная вода, в которой под влиянием силы тяжести движется сообщающаяся в пустотах и порах. По направленности движения она делиться на просачивающуюся инфильтрационную и инфлюационную передвигающихся сверху-вниз и пластовую воду, которая движется в пластах водопроницаемых горных пород, имеющих разнообразные условия залегания в природе. Водопроницаемый пласт, в котором залегает и движется подземная вода называется водоносным горизонтом.
14.А. Криогенные текстуры скальных пород
Криогенные текстуры скальных пород определяются главным образом их трещиноватостью, особенностью заполнения трещин влагой и ее замерзанием, это, как правило, унаследованные криогенные текстуры. Размеры, формы, ориентировка и пространственное взаиморасположение ледяных включений в них соответствует геометрии трещин. В магматических изверженных породах (граниты, диориты) формируются трещиные и трещинно-жильные криогенные текстуры. В трещинах лед содержится в виде пленок, в виде корок, скопления кристаллов, льда-цемента рыхлого заполнителя, полностью или частично заполняя полости. Для трещинно-жильных криогенных текстур характерно полное заполнение льдом полостей трещин, которые имеют вид хорошо выдержанных в пространстве жил. В осадочных сцементированных породах выделяются пластово-трещинные, пластово-трещинно-поровые, пластово-трещинно-карстовые типы криогенных текстур. Размеры прослоев льда в унаследованной текстуре определяются раскрытием трещин и изменяются от долей мм до десятков см. По мощности льда выделяю тонко-, средне-, толстотрещинные и трещинножильные криогенные текстуры.