Анализ склона


Имеются два вида изучения оползней: обследование уже возникших оползней с анализом причин и механизма их развития и исследование конкретного искусственного или естественного склона, на котором предполагается строительство. В последнем случае целью работ является установление степени устойчивости склона при изменении условий.

При анализе условий образования оползня, действительного или потенциального, необходимо установить механизм разрушения и свойства вовлеченного в этот процесс материала. Обычно безопасность склона характеризуется коэффициентом устойчивости, который определяется как отношение суммы сил, обусловливающих сопротивление разрыву, к сумме сил, стремящихся вызвать разрыв. Силы сопротивления возникают в результате сопротивления грунта сдвиговым напряжениям вдоль потенциальной поверхности разрыва; действующие силы связаны, как уже было сказано, с тяжестью оползающей массы, а также с теми или иными динамическими нагрузками, которые могут возникать, например, при землетрясениях.

Для каждого конкретного склона обычно исследуется возможность развития нескольких различных механизмов обрушения, и для каждого такого механизма рассчитывается коэффициент устойчивости. Тот случай, когда этот коэффициент оказывается наименьшим, считается наиболее благоприятным для обрушения, а действительная величина этого коэффициента указывает на степень надежности склона. Конечно же, если эта величина близка к единице, обрушение является вполне вероятным. В строительном деле допустимая величина коэффициента устойчивости зависит от стоимости самого строительства и от того, какие последствия вызовет обрушение склона. Обычно стремятся к тому, чтобы эта величина была около 1,5—2,0. Возможно, конечно (особенно в случае естественных склонов), что при исследовании не удастся установить, какие условия наиболее благоприятны для развития процесса обрушения. Например, при обычной практике бурения скважин и отбора проб грунта можно не обнаружить трещину или пласт, содержащие воду или материал с низким сопротивлением сдвигу; в этом случае действительно может произойти обрушение склона, считавшегося безопасным, даже еще до того, как нагрузка достигнет проектной величины. Единственно возможная мера предосторожности — особая тщательность при проведении полевых изысканий и расчетов.

В следующих разделах рассмотрен ряд наиболее распространенных механизмов обрушения.
Бесконечный склон. Легче всего представить себе такой механизм, где длина склона велика по сравнению с толщиной слоя потенциально неустойчивого материала. Длина склона должна быть велика и в том смысле, чтобы верх и низ склона были на достаточно большом расстоянии и не оказывали влияния на устойчивость поверхности склона. Такая обстановка возникает тогда, когда потенциально неустойчивый слой сравнительно тонок и лежит на гораздо более прочном материале. Это можно себе представить как почвенный слой, лежащий на наклонной поверхности коренных пород, или как сами эти коренные породы, в которых трещины отдельности и плоскости напластования идут параллельно поверхности склона.

Чтобы получить необходимые для анализа параметры, рассмотрим элементарный столб материала, слагающего такой склон. Эти параметры, где, а означает эффективное напряжение, действующее под прямым углом к потенциальной плоскости скольжения на глубине  от поверхности. Если напряжения т и о изобразить на графике, показывающем их увеличение с глубиной , то оказывается, что связывающая их функция имеет вид прямой, идущей к горизонтальной оси под тем же углом, что и поверхность склона. Чтобы установить, устойчив ли склон,  зависимость величины прочности на сдвиг (которая обусловливает сопротивление развитию срыва) от нормального эффективного напряжения  для образующего склон материала. Ниже этой глубины касательные напряжения превышают прочность материала на сдвиг. Если склон образован слоем, толщина которого равна этой глубине или превышает ее, то, как показывает такой анализ, на склоне произойдет оползень. Чтобы при угле i склон был устойчивым, толщина слоя материала, имеющего свойство В, должна быть меньше, чем эта критическая глубина. Если же угол внутреннего трения связного материала больше, чем угол склона, такой материал будет, конечно, устойчивым на всех глубинах.
Конечные склоны. Чаще бывает так, что склон имеет ограниченные размеры, т. е. толщина слоя материала, могущего обрушиться, сравнима с протяженностью склона. В этом случае образование плоской поверхности срыва по-прежнему возможно, но она не будет параллельна поверхности склона. Необходимо поэтому рассмотреть образование более сложных поверхностей.