32-тб. 24.11. Урок 23-24 Розділ ІІІ. ІНЖЕНЕРНА ГЕОЛОГІЯ
Тема: Інженерно-геологічні явища і процеси
Тема уроку: Рух порід із схилів. Селеві потоки. Обвали
і осипи.
Мета: вивчити рух порід зі схилів, селеві потоки, умови їх
утворення. Засоби боротьби з селевими потоками. Обвали і осипи. Умови їх
пересування. Згасаючі і діючі осипи.
План:
1. Гірські райони України
2.
Обвали і осипи, умови пересування і згасаючі і діючі осипи.
3. Рух порід зі схилів. Селеві потоки, умови їх утворення і засоби
боротьби з ними.
1. Гірські райони України
На території України гірська місцевість знаходиться у Карпатах і Криму.
Гірські райони характеризуються складним рельєфом, глибокими звивистими
долинами рік, складною геологічною будовою місцевості.
Сильно розчленований рельєф викликає необхідність влаштування великого
числа інженерних споруд на перетинах річок і ущелин.
Природні умови різко міняються на короткому проміжку, особливо різко
виявляється вплив вертикальної зональності (зміни кліматичних умов по мірі
підняття над рівнем моря) і експозиції схилів стосовно сторін світу.
Долини гірських рік мають великі поздовжні ухили. Паводки раптово
виникають і швидко проходять. У сухий час року багато водотоків пересихають.
У зв'язку з великими поздовжніми ухилами навіть при малих водозбірних
басейнах зливові потоки несуть із собою камені. У весняний період під час
танення снігу збільшується можливість сходу лавин.
Гірські райони характеризуються підвищеною сейсмічністю.
Усі ці обставини вимагають урахування оцінки при проектуванні й
будівництві різних об'єктів. У зв'язку із складними природними умовами гірських районів вживають спеціальні
заходи для захисту споруд. Труднощі виконання будівельних робіт на гірських
схилах і їхня висока вартість вимагають розглядати різні варіанти проектування
з метою прийняття найбільш оптимального вирішення.
2. Обвали і осипи, умови пересування, згасаючі і діючі осипи
Обвал – швидкий відрив і обвалення, що супроводжується перекиданням,
дробленням і скочуванням гірської маси униз схилом (рис.1). На відміну від обвалу, осип – це тривалий, безперервний і повільний
рух накопичених на схилі уламкових продуктів вивітрювання, що містять щебінь і крупні кам'яні брили.
Причиною обвалів є надмірна
крутість схилів, на яких не можуть утримуватися уламки, що втратили
зв'язок з основним масивом.
Обвали супроводжують:
-
руйнування гірських порід
процесами вивітрювання;
-
підрізування похилих пластів
порід;
-
тріщинуватість гірських порід,
як природна через тектонічні порушення, так і викликана штучними вибухами;
-
розширення води при замерзанні
у тріщинах гірських порід та ін.
Рис.1 – Місце обвалу на гірській дорозі
Ділянки обвалів завжди доцільніше обходити. При неможливості цього за
такими ділянками треба здійснювати безперервний нагляд, регулярно оглядати
укоси і скидати великі камені, що почали втрачати стійкість.
На ділянках, де обвали і каменепади особливо ймовірні, для захисту на
схилах установлюють металеві ґратчасті
щити чи завішують укіс сіткою з товстого дроту
Для захисту від великих каменів улаштовують рови з валом чи стінки, що
вловлюють їх.
На
гірських дорогах з інтенсивним рухом у деяких випадках будують захисні галереї (рис.2).
Осипи накопичуються біля
підошви крутих схилів у вигляді валів чи конусів. У верхній частині вони мають
крутість до 40 - 45°,
у нижній частині (шлейф осипу) осип більш положистий.
Залежно від інтенсивності надходження матеріалу
розрізняють осипи діючі,
зростання яких продовжується, загасаючі
і загаслі. Загаслі осипи заростають травою, чагарником і деревами.
Матеріал осипів, що навіть заросли, знаходиться у стані нестійкої рівноваги.
Підрізування нижньої частини осипу виїмкою, сейсмічні поштовхи, перевантаження
насипом можуть активізувати осип і привести його до руху.
и
Рис. 7.5 – Підпірна стіна на обвальній ділянці
автомобільної до
Рис.2 – Каменезахсна галерея на автомобільній
дорозі
Севастополь – Феодосія
За ступенем рухливості
осипи поділяють на рухливі (живі),
слабко рухливі й відносно нерухомі.
Відносно нерухомі осипи можуть бути використані для розміщення в їхній
нижній частині земляного полотна дороги в невисоких насипах без додаткових
споруд.
Рухливі осипи варто обходити, а якщо це неможливо, необхідно передбачати
заходи для забезпечення стійкості земляного полотна.
Шлейфи осипів, складених з великоуламкового добре фільтруючого матеріалу,
можна перетинати дорогою.
При діючому осипу, коли
відбувається накопичення відкладень, перед дорогою зводять стінку для затримки
уламків, що обсипаються. Стінки влаштовують із сухої кладки висотою 1,5 –
При активних великих осипах, шлейф яких досягає берега водотоку, часто
більш доцільно перенести трасу дороги на інший схил долини. Це викликає
необхідність побудови додатково двох мостів. Можливо також перетинати такі
осипи тунелем.
Іноді при малому об'ємі матеріалу доцільно ліквідувати осип замість того,
щоб будувати
верхівкові
підпірні стіни.
Рис. 3 – Діючий осип
Матеріали осипів можна використовувати для відсипання насипів, якщо вони
задовольняють вимогам до міцності кам'яних матеріалів, а також для влаштування
дорожнього одягу і готування бетону.
3. Рух порід зі схилів. Селеві потоки, умови їх утворення і засоби
боротьби з ними.
Селі, характерні для гірських районів, - раптові короткочасні паводки, що виносять з гірських
районів у долини велику кількість ґрунтів і уламкових матеріалів. Вони мають величезну
руйнівну силу.
Маса селів
складається з потоків води, великої кількості твердих матеріалів, різної
величини валунів, уламків скель, іноді дерев. Рідкою складовою потоку є зливові
і талі води з гірських схилів і частково ґрунтові води.
- Руйнівна сила селевих
потоків в десятки разів перевищує силу звичайного водного потоку. Найбільшу
небезпеку представляють високогірні селі.
Селеві потоки виникають
через такі причини:
- падіння рельєфу
гірських долин, ухил яких у верхів'ях доходить до 0,35, а в низов'ях на
“конусах виносу” зменшується до 0,04 – 0,05;
- наявність у межах
водозбору пухких продуктів вивітрювання гірських порід;
- зливи, снігопади,
танення льодовиків, прорив льодовикових озер, що створюють швидкі багатоводні
потоки;
- активна ерозійна
діяльність у гірському басейні при рідкій рослинності;
- зсувні процеси;
- виверження вулканів;
- сейсмічні явища.
Сель – тимчасовий потік. Він
виникає у сухих долинах, балках, ярах чи в долинах рік. Найбільш ймовірне
утворення селя в результаті перших злив після посушливого періоду.
Селеві потоки
завдають величезних збитків. Так, у 1946 р. в м. Єревані на р. Гедарі пройшов сель
двома валами до
Водно-кам'яний
сель спостерігався у червні 1959 р. в басейні р. Прут в Карпатах. Сель проходив двома
валами швидкістю 5 м/с. Об'єм його наносів склав 216 тис. м3,
відкладання яких мали довжину
У 1970 р. в
Перу в районі Кордильєр на місто Юнгай обрушився сель з виносом 80 млн. м3,
знищивши місто за 5 хвилин, вкривши його 10 метровим шаром каменів і грязюки.
Грязьо-кам'яні
селі в Криму найчастіше виникають між Алуштою і Судаком. Тут на гірських схилах
утворюється багато сипкого матеріалу, який під час злив легко змивається і
зноситься. Влітку 2002 р. під час сильних злив, що супроводжувались повінню, у
Судакському районі сходили з гір незначні селі. Хоча об'єм їх був невеликий,
але наноси мулу, кам'яного матеріалу і грязюки на вулицях м. Судака складали до
Площу, в межах якої виникає сель, називають селеносним басейном.
Діяльність
гірського потоку характеризують різними проявами: знесенням матеріалу (угорі), переносом матеріалу (у середній частині), і
відкладеннями, виносом їх (у нижній частині).
У верхній
частині знаходиться осередок твердих складових потоку. Верхня частина
називається зоною формування селів.
У середній
частині сель рухається руслом з відносною постійністю. Ця частина називається
транзитною зоною.
У нижній
частині утворюються відкладення велико- і дрібноуламкового матеріалу – конуси
виносу. Ця частина називається зоною загасання. Конуси, що злилися, утворюють
шлейфи біля підніжжя гори. Такі відкладення називають пролювіальними.
2.1 Класифікація селевих
потоків
Селеві потоки
поділяють на три типи залежно від
загального об'єму виносу за один сель у млн. м3:
1 тип – більше 1 млн. м3; 2 тип –
від 0,5 до 1 млн. м3; 3 тип – до
0,5 млн. м3.
За характером руху селів, що залежить від ступеня
насиченості твердим матеріалом, селі поділяють на дві категорії: зв'язні чи
структурні і текучі чи турбулентні.
У структурному
чи ламінарному потоці рухаються зв'язні потоки. Їхній рух відбувається майже
прямолінійно із слабким розтіканням убік. При зупинці такі потоки не
розпадаються на складові, а застигають. За структурою ламінарний потік нагадує
бетонну масу, що тече лотком.
Незв'язні
потоки рухаються у турбулентному режимі. Для них характерне розтікання в межах
русла, а на конусі виносу відбувається деякий розподіл матеріалу за крупністю
фракцій.
Е.К. Рибакова
запропонувала класифікацію селів за гранулометричним
складом твердої складової:
1 категорія
(зв'язна, структурна) – грязьова. Об'ємна вага 1,9 – 1,6 т/м3. Склад потоку
– не більше 25 – 30 % від твердої частини є глинисті фракції, інше – пісок,
щебінь, галька, валуни. Потік рухається як структурне ціле, при зупинці
застигає, не розпадаючись на основні частини. Руйнується усе на його шляху.
2 категорія
(текуча, турбулентна) – водокам'яна. Об'ємна вага 1,6 – 1,3 т/м3. Мала насиченість
потоку мілкоземом, перевага великоуламкового матеріалу – до 60 %. Велика
руйнівна сила. На конусі виносу відбувається сортування матеріалу за крупністю.
3 категорія
(текуча, турбулентна) – грязьокам'яна. Об'ємна вага 1,4 – 1,05 т/м3.
Потік насичений звішеними і донними наносами галечникового складу. Беззаторне
протікання потоку, руйнування перешкод відбувається внаслідок підмиву.
За станом рідкої складової селеві потоки поділяють
на зв'язні і незв'язні. У перших практично уся вода знаходиться у зв'язному
стані. Це грязьові і грязьокам'яні потоки. У незв'язних (водокам'яних потоках)
є велика кількість вільної води.
Швидкість руху
селів – 2,5 – 3 м/с, іноді при значних ухилах місцевості вона може досягати 6
м/с.
2.2 Заходи боротьби із
селевими потоками
При виборі
території для нового будівництва треба обходити русла селеносних басейнів.
Щоб попередити виникнення
нових селевих осередків і знешкодити можливі селеві потоки, що загрожують
містам, застосовують такі заходи:
а)
організаційно-господарські: оздоровлення існуючих лісів і ланів, сприяння
їхньому природному поновленню способом регулювання випасу худоби і системи
землеробства у водозбірному басейні, стабілізація крутих схилів селеносних
басейнів;
б)
профілактичні агролісомеліоративні: затримка стоку у верхів'ях басейну з метою
різкого ослаблення ерозійно-селевих потоків, полезахисне лісорозведення,
терасування гірських схилів крутістю не більше 35°, не підданих зсувним процесам. При цьому лісорозведення – це не тільки
протиселевий захід, але і створення навколо населеного місця захисного зеленого
пояса.
Регулювання
поверхневого стоку у зоні зародження селевих потоків є найбільш ефективним
способом зміни режиму сніготанення, спуску льодовикових озер, перенесення
центра зливи. Процес сніготанення регулюють, створюючи димові екрани чи
зачорніння сніжного покриву. У першому випадку відбувається уповільнення
сніготанення, у другому – прискорення. Штучне перенесення центра зливи
відноситься до методів регулювання погоди. Роботи в цьому напрямку проводяться
в нашій країні, зокрема у м. Харкові, і за її межами.
Боротьба із
селями є дуже важкою і вимагає проведення дуже складних інженерних заходів.
Основні з них:
а) селевий
потік перехоплюють загатами (баражами) на конусі виносу; влаштовують систему
загат для зниження ухилів і зменшення донного і бічного розмивів. Поперечні
загати влаштовують у руслі селевого потоку. Загати утримують деяку частину
твердої складової селевого потоку. Поперечні загати виконують у вигляді
бетонних чи залізобетонних підпірних
стін. Можна застосовувати габіонові підпірні стіни. Для пропуску води у нижній
частині загат залишають отвори;
б) селеві
потоки припливів основного русла перехоплюють греблями; прояснені потоки з
притоків надходять у русло ріки. Греблі зводять з місцевих кам'яних матеріалів
способом спрямованого вибуху. Прикладом такої споруди може служити гребля
висотою
в) селевий
потік на конусі виносу відхиляють убік і коротким каналом селеву масу скидають
у найближчий тальвег, ріку чи озеро. Дно такого каналу укріплюють бетонними
порогами, а береги – кам'яними стінками;
г) на всій
площі водозбору насаджують дерева і чагарники з терасуванням схилів і відводом
ґрунтових вод за допомогою дренажів, а атмосферних вод – за допомогою нагірних
канав.
При
будівництві доріг найбільш доцільно перетинати селеві потоки у межах
транзитного русла, де є стійкі скельні береги і русло потоку, як правило,
жорстко фіксовано. Русло перекривають мостом. Низ прогінної будови повинен
підніматись над горизонтом проходження селевого потоку не менше, ніж на
При
перетинанні селевих потоків дорогами з малою інтенсивністю руху можна селевий
потік пропускати лотком, що розташований на одному рівні з проїзною частиною.
На дорогах з великою інтенсивністю руху проектують селедуки, що пропускають
селеві потоки над дорогою (рис. 7.10).
Рис. 7.10 – Конструкція селедука:
а – загальна схема; б – план кінцевої ділянки
Узагальнення вивченого матеріалу
Запитання для самоконтролю
1. Особливості будівництва
на ділянках осипів і обвалів.
2. Що таке селі? Які причини
утворення селів?
3. Класифікація селів.
4. Які заходи застосовують
для боротьби із селевими потоками.
Закріплення вивченого матеріалу.
Тести
Домашнє завдання.
Вивчити
тему і підготувати реферати по темах:
-
рух порід зі схилів, селеві потоки, умови їх
утворення.
-
Засоби боротьби з селевими потоками.
-
Обвали і осипи. Умови їх пересування. Згасаючі і
діючі осипи.
Немає коментарів:
Дописати коментар