Гравитационные процессы

Гравитационные процессы выражаются в перемещении горных пород под действием силы тяжести из возвышенных участков рельефа в пониженные. Часто их называют склоновыми, так как они проявляются на склонах гор, крутых берегах морей, речных долин. Горные породы, находящиеся на поверхности земли в устойчивом положении, в ряде случаев легко могут быть выведены из состояния равновесия. Причиной нарушения равновесия могут служить землетрясения, подмыв склонов при боковой эрозии, абразии, работа подземных вод, антропогенная деятельность. Их движению способствуют также выветривание, перемещение воздушных масс и т.д.

Отложения, образующиеся в результате гравитационного перемещения, называют коллювием. Они состоят из разнообразных по размеру обломков горных пород: глыб, щебня, песков, алевритов, глинистых частиц. Современные коллювиальные отложения обычно рыхлые или слабосцементированные.

Гравитационные перемещения совершаются либо быстро, практически мгновенно (катастрофически), либо медленно. К ним относят провалы, обвалы, камнепады, оползни, осыпи.

Провалы возникают при наличии в горных породах подземных пустот, полостей, зон повышенной трещиноватости. Нависающие над этими полостями породы испытывают проседание и обрушение под действием силы тяжести. Провалы сводов подземных пустот часто происходят на глазах у людей.

Непосредственной причиной провалов часто являются землетрясения. Во время землетрясения 1868 г. в Чили в провальной котловине оказался город Кантакчи. Во время землетрясения 1862 г. в Прибайкалье под уровень вод озера Байкал опустился участок Цыганской степи площадью 100 км², образовав залив Провал глубиной 8 м.

Часто случаются провалы в неглубокозалегающие карстовые пещеры, а также в заброшенные подземные горные выработки. В 1939 г. в Татарии возник Акташский провал. Свод карстовой полости провалился под тяжестью трактора, пахавшего поле. В результате образовалась "шахта" глубиной 52 м с овальным отверстием диаметром 4 м. Через 10 лет отверстие расширилось из-за обвалов до 30 м.

Вследствие провалов на поверхности образуются ямы, колодцы, котловины. Глубина последних бывает иногда огромна. Так, в Японии после землетрясения 1923 г. дно залива Сагами опустилось на 300 - 400 м.

Обвалы развиваются на отвесных и крутых склонах, параллельно которым закладывается система трещин бортового отпора. Под действием физического выветривания трещины расширяются. Часть пород, отделенная от коренного массива, отклоняется в сторону склона, а затем под действием силы тяжести опрокидывается на поверхность склона, распадаясь на отдельные обломки.

Наиболее грандиозные обвалы связаны с землетрясениями. Так, на Памире в 1911 г. обрушилась масса пород объемом 8 млрл т. Обломки перегородили р. Мургаб, образовав плотину высотой 600 м.

Разновидностью обвалов являются камнепады - отрыв и перемещение по склону вниз отдельных глыб и крупного щебня.

На крутых склонах, сложенных легко выветриваемыми породами, возникают осыпи - перемещающиеся по склону щебень и дресва, представляющие собой продукты физического выветривания.

Если склон сложен водоносными и водоупорными породами, то в результате гравитационного перемещения части склона образуются оползни. В оползневых перемещениях могут участвовать крупные блоки твердых пород (блоковые оползни), отдельные глыбы (глыбовые оползни), менее прочные, сильнотрещиноватые породы, рыхлые коллювиальные, делювиальные отложения, почвы.

Масса грунта, отделившаяся от склона и медленно сползающая вниз по наклонной поверхности скольжения (ложе оползня), часто сохраняет монолитность (рис. 5.4). Последним оползень отличается от обвала, при котором оторвавшаяся масса скатывается сразу, распадаясь при этом на отдельные обломки, рассеивающиеся часто на большое расстояние друг от друга.

Рис. 5.4. Продольный (вдоль оси) разрез оползня (по И.С. Рогозину)

Оползневые тела движутся по сравнению с обвальными значительно медленнее. Так, установлено, что крымские оползни перемещались в год на расстояние от 0,1 до 100 м. Это движение было неравномерным: фаза относительно быстрого движения сменялась медленными и даже длительного покоя.

Кроме ложа оползня выделяют также тело оползня - сползшую массу грунта, подошву оползня - его основание, нижний край, представляющий выход поверхности скольжения у подножия склона или близ него. Объемы оползневых тел достигают грандиозных размеров. В Дагестане известны оползневые тела объемом более 200 млн. м³, смещенные на 2 км.

Иногда масса оползня вследствие различных внутренних и внешних сопротивлений подвергается при сползании деформации. Поверхность оползня может приобрести неправильно- бугристый вид - образуются оползневые бугры. Если тело оползня сложено глинистой водоупорной массой, то в его западинах могут застаиваться атмосферные воды, образуя небольшие болотца в оползневых западинах. В местах развития оползней часто можно наблюдать очень характерное явление («пьяный лес»): стволы деревьев, произрастающих на оползневых буграх, приобретают различный наклон.

Активизация оползневого процесса может быть связана с боковой эрозией, абразией берегов. Дополнительные поступления воды в массив горных пород в период таяния снегов, ледников, после сильных и продолжительных дождей также активизируют процесс образования оползней. При землетрясениях возникают сейсмогенные оползни.

Деятельность человека вызывает появление антропогенных оползней. Это неумеренный полив расположенных по краю или вблизи водоразделов садов и огородов, спуск излишней воды по незакрепленным канавам, устройство поглощающих колодцев, образование вблизи верхнего края косогора и на водоразделе всякого рода естественных и искусственных скоплений воды (озерки, болотца, запруды, образуемые иногда железнодорожной насыпью, и т.д.) - вообще все, что может вести к обильному просачиванию воды в грунт и к усилению деятельности грунтовых вод при благоприятных гидрогеологических условиях.

В числе техногенных причин возникновения оползней также можно назвать следующие: подрезка склонов и устройство различных выемок; увеличение нагрузок на оползневые склоны в результате их застройки; уничтожение растительного покрова; активизация динамических нагрузок (удары, вибрация, работа транспорта и др.), разрыхление пород в связи с проходкой подземных выработок.

На Воробьевых горах, в Филях-Купцеве (Москва) массовые оползневые процессы отмечаются с периодичностью 9-11 лет. Активизация оползневых процессов зафиксирована здесь в 1962-63 гг., 1973-76 гг., 1983-1986 гг. Как раз на эти периоды приходятся и строительство филевской линии метро, и разрушение лифтовой галереи метромоста, который подрезает склон реки. Противооползневые мероприятия на правом, высоком (220 м) берегу Москвы-реки, которые все-таки здесь проводятся, замедлили оползневые процессы, но полностью их не предотвратили. Так, перемещения оползневых тел на Воробьевых горах отмечаются сегодня на протяжении 550-600 метров от бровки склона в сторону реки.

Оползни - бич национального хозяйства. В долинах рек это частое и широко распространенное явление. Обычно они приурочены к высоким правобережным склонам, нередко подмываемым жмущейся к ним рекой и сложенным часто из рыхлых песчано-глинистых отложений, переслаиваемых или подстилаемых водоупорными глинами. Особенно подвержено оползням высокое побережье Волги в пределах Горьковской, Ульяновской и Саратовской областей. Оползни известны также в долине р. Оки, в долинах Дона, Днепра (у Киева) и во многих других местах. Помимо речных долин оползни могут развиваться и на морских берегах (берега Черного моря у Одессы) или на береговых склонах (оползни Крыма, Черноморского побережья Кавказа). Оползни приводят к уничтожению сельскохозяйственных угодий, построек, мостов, дорог. В Саратове в 1884 г. оползнем на берегу Волги было уничтожено более 300 домов. Срочные дополнительные противооползневые мероприятия требуются в нижней части участка Коломенское (Южный округ, г. Москва), где по склону проложены две ветки действующих Чертановских канализационных коллекторов, аварийные выпуски которых предусмотрены в р. Москву. Разрыв коллектора диаметром 1400 мм уже имел место в конце 1978 г., что привело к загрязнению Борисовских прудов, куда на время ремонта коллектора был направлен сброс канализационных вод. Разрывы другой ветки коллектора диаметром 900 мм отмечались неоднократно. Построенные с опозданием (только в 1975 г.) и не в полном объеме противооползневые сооружения оказались неэффективными и потребовали осуществления дополнительных мер - сооружения в русле реки перед набережной упорной призмы шириной 30 м и длиной 400 м.

В декабре 2000 г. на севере Португалии, в 300 км от Лиссабона из-за оползня, вызванного проливными дождями, произошла крупная железнодорожная авария - сошел с рельсов пассажирский поезд. Погиб машинист поезда, пятеро из шестидесяти пассажиров получили ранения.

Помимо вышеописанных явлений существуют и медленные гравитационные перемещения дезинтегрированных отложений, называемые крипом.

Выделяют глубинный крип - перемещение материала в глубь Земли и склоновый крип - перемещение материала вниз по склонам. Крип обусловлен уплотнением рыхлых пород - лесса, глины на глубине; образованием на глубине разуплотненного вещества вследствие таяния и замерзания воды (криогенный крип) или откачкой подземных вод, нефти, газа и т.д. (антропогенный крип). В результате крипа на поверхности рельефа образуются плоские блюдцеобразные котловины, оголяются склоны, возникают холмистые нагромождения коллювия у подножий склонов.

В 1996 г. на севере Орловской области началась активизация «оползневых процессов», полоса которых правильной дугой проходила через города Волхов, Мценск, Знаменское, Новосиль и Хомутовский район. Однако, судя по описанию болховских оползней, здесь, по-видимому, шло интенсивное «всасывание» дезинтегрированного материала в большую котловину, связанное с антропогенным крипом. Летом 1999 г. вблизи болховских «оползней» можно было наблюдать постоянно осыпающуюся землю и даже слышать ее шуршание. К краю котловины местные жители подходить опасались - была опасность рухнуть вместе с осыпающейся землей прямо в глиняную жижу и утонуть в ней. На дне оползня образовались настоящие зыбучие пески, в которые, на глазах очевидцев, засосало бездомную собаку. Дома проваливались под землю с тихим скрипом, но очень медленно - так, что люди успевали покидать жилища. В результате крипа в г. Волхове было разрушено пять домов. Причин образования болховских «оползней» называлось много. Однако стоит заметить, что город в течение многих лет использовал подземные воды для местных нужд, до настоящего времени в городе действуют старинная водонапорная башня и водопровод времен Николая II.