Фактары, якія ўплываюць на ўстойлівасць схілаў
Устойлівасць схілаў з'яўляецца надзвычай важнай праблемай у геатэхнічнай інжынерыі, грамадзянскім будаўніцтве, горназдабыўной прамысловасці і кіраванні навакольным асяроддзем. Схілы могуць быць натуральнымі схіламі, такімі як пагоркі і берагі рэк, або штучнымі схіламі, такімі як дарожныя раскопкі, насыпы, дамбы і шахтныя насыпы. Калі ўстойлівасць схілаў парушаная, рызыкі ўключаюць не толькі пашкоджанне інфраструктуры, але і гібель людзей, парушэнне эканамічнай дзейнасці і экалагічныя катастрофы. Таму разуменне фактараў, якія ўплываюць на ўстойлівасць схілаў, мае фундаментальнае значэнне для планавання, развіцця і змякчэння наступстваў апоўзняў.
У цэлым, устойлівасць схілу вызначаецца балансам паміж сіламі супраціву і рухаючымі сіламі. Сілы супраціву ў першую чаргу вынікаюць з трываласці грунту/пароды на зрух, у той час як рухаючыя сілы звычайна залежаць ад вагі грунтавай масы, градыенту схілу, ціску вады ў порах і дадатковых нагрузак. Калі рухаючыя сілы большыя за сілы супраціву, схіл падвяргаецца рызыцы апоўзняў.
1. Геаметрыя схілу (нахіл і вышыня схілу)
Градыент схілу — найбольш бачны фактар, які ўплывае на ўстойлівасць. Чым большы вугал схілу, тым большы кампанент сілы цяжару, які дзейнічае паралельна плоскасці слізгацення, што павялічвае верагоднасць апоўзняў. Вышыня схілу таксама адыгрывае значную ролю: больш высокія схілы звычайна ўтрымліваюць большую масу грунту, што павялічвае рухаючую сілу. Пры пэўных умовах павелічэнне вышыні выемак або насыпаў без умацавання і без належных разлікаў можа значна знізіць каэфіцыент бяспекі.
Акрамя вугла і вышыні, форма схілу (увагнутая, выпуклая, тэрасаваная) таксама вызначае размеркаванне напружанняў. Схілы з уступамі часта больш устойлівыя, таму што яны скарачаюць даўжыню патэнцыйнай паверхні слізгацення і зніжаюць энергію руху глебавай масы.
2. Фізічныя і механічныя ўласцівасці глебы/пароды
Трываласць матэрыялу, з якога складаецца схіл, з'яўляецца «галоўным капіталам» стабільнасці. У глебе важнымі параметрамі, якія вызначаюць трываласць на зрух, з'яўляюцца згуртаванасць (c) і вугал унутранага трэння (φ). Гліністыя глебы звычайна маюць адносна высокую згуртаванасць, але вельмі адчувальныя да змен утрымання вады; пясчаныя глебы маюць нізкую згуртаванасць, але могуць мець высокую трываласць на зрух пры ўшчыльненні.
У горных пародах такія фактары, як ступень выветрывання, трываласць пароды на сціск і наяўнасць швоў і плоскасцяў разрыву (шпікі, плоскасці напластавання, пласты, разломы), істотна ўплываюць на ўстойлівасць. Схілы горных парод часта руйнуюцца не таму, што сама парода «слабая», а з-за наяўнасці слабых плоскасцей, арыентаваных паралельна схілу, што спрыяе зрушэнню або абвальванню.
Іншыя фізічныя ўласцівасці, такія як удзельная вага, парыстасць і пранікальнасць, таксама важныя. Вялікая ўдзельная вага павялічвае рухаючую сілу, у той час як пранікальнасць уплывае на тое, як вада рухаецца ў межах схілу.
3. Гідралагічныя і падземныя ўмовы
Вада з'яўляецца адной з галоўных прычын нестабільнасці схілу. Прысутнасць вады ў порах глебы стварае ціск вады ў порах, які можа знізіць эфектыўнае напружанне. Гэта эфектыўнае напружанне кантралюе трываласць глебы на зрух. Падчас моцных або працяглых ападкаў вада пранікае і павялічвае ціск вады ў порах, зніжаючы трываласць на зрух і робячы схіл больш схільным да апоўзняў.
Акрамя пранікнення ападкаў, пэўную ролю адыгрываюць і ўмовы грунтавых вод. Высокі ўзровень грунтавых вод азначае, што значная частка глебы насычана, што павялічвае яе вагу і ціск вады ў порах. Дрэнныя дрэнажныя сістэмы, прасочванне з ірыгацыйных каналаў, працёкі з труб або сажалкі на вяршынях схілаў могуць пагоршыць гэтую сітуацыю.
На некаторых схілах падземныя водныя патокі могуць ствараць «сілу фільтрацыі», выштурхоўваючы часцінкі глебы вонкі. Калі сіла фільтрацыі дастаткова вялікая, можа павялічыцца і патэнцыял для ўнутранай эрозіі і ўтварэння трубаправодаў.
4. Геалагічная структура і разрыў
Для скальных схілаў геалагічная структура часта з'яўляецца дамінуючым фактарам. Арыентацыя слаёў горных парод, расколін, разломаў і плоскасцей напластавання, нахіленых да схілу, можа ствараць натуральныя паверхні слізгацення. Такая ўмова распаўсюджана на горных прыдарожных скалах або ў адкрытых кар'ерах, дзе зрэз схілу "агаляе" гэтыя слабыя ўчасткі.
Адлегласць паміж швамі, шурпатасць паверхні разрыву, наяўнасць запаўняльнага матэрыялу, напрыклад, гліны, і ступень выветрывання будуць уплываць на трываласць на зрух уздоўж плоскасці. Нават у трывалай пародзе, калі разрыў гладкі і запоўнены вільготнай глінай, стабільнасць можа значна знізіцца.
5. Дадатковая нагрузка і дзейнасць чалавека
Дзейнасць чалавека часта змяняе ўмовы схілу ненаўмысна. Даданне нагрузкі на грэбень схілу, напрыклад, будынкаў, насыпаў, будаўнічых матэрыялаў або цяжкай тэхнікі, павялічвае рухаючыя сілы. І наадварот, зрэзка пярэдняй часткі схілу можа прывесці да знікнення натуральных бар'ераў, у выніку чаго схіл страціць сваю «апору» і стане няўстойлівым.
Горназдабыўная прамысловасць, дарожнае будаўніцтва, расчыстка зямель і змены ў землекарыстанні могуць справакаваць апоўзні, калі яны не суправаджаюцца належным кіраваннем схіламі. Вібрацыі ад цяжкай тэхнікі, выбуховых работ або інтэнсіўнага руху таксама могуць паўплываць на ўстойлівасць, асабліва на схілах, якія ўжо знаходзяцца ў крытычным стане.
6. Расліннасць і стан паверхні
Расліннасць адыгрывае двайную ролю ў стабільнасці схілаў. Карані раслін могуць механічна ўмацоўваць глебу, павялічваць бачную звязнасць і дапамагаць звязваць часціцы глебы. Навесы таксама могуць памяншаць энергію кропель дажджу, якія падаюць непасрэдна на паверхню, тым самым памяншаючы эрозію.
Аднак расліннасць можа таксама дадаваць дадатковую нагрузку, і пры пэўных умовах карані могуць ствараць пераважныя шляхі патоку, якія паскараюць інфільтрацыю. Вялікія дрэвы, вырваныя з коранем моцным ветрам, могуць пашкодзіць паверхню схілаў і справакаваць мясцовыя апоўзні. У цэлым, было паказана, што высечка лясоў і страта глебавага покрыва павялічваюць рызыку апоўзняў, таму што глеба становіцца больш успрымальнай да эрозіі і насычаецца вадой.
7. Эрозія і змены ўмоў схілу
Эрозія ў падножжы схілу з'яўляецца значным фактарам, асабліва на берагах рэк, пляжах або схілах паблізу водных шляхоў. Рачны паток можа паступова размываць падножжа схілу, павялічваючы яго стромкасць і зніжаючы яго ўтрымлівальную здольнасць. Падобная з'ява назіраецца на пляжах з-за хвалевай эрозіі. У горных раёнах канцэнтраваны павярхоўны сцёк можа ўтвараць эрозійныя яры, якія аслабляюць схіл, ствараючы плоскасць слабасці і дазваляючы вадзе пранікаць глыбей.
8. Уплыў землятрусаў і вібрацый
Землятрусы могуць быць вельмі значнымі правакатарамі апоўзняў. Сейсмічныя ваганні павялічваюць дынамічныя сілы на глебавую масу, павялічваючы рухаючыя сілы і зніжаючы трываласць на зрух, асабліва ў насычаных глебах, схільных да разрэджвання. На скалістых схілах землятрусы могуць выклікаць абвалы горных парод або заблакаваць апоўзні з-за адкрыцця разрываў.
Нават меншыя па маштабе вібрацыі, такія як ад выбуховых работ у шахтах або інтэнсіўнага руху, могуць паскорыць разбурэнне глебавых/скальных структур, калі яны адбываюцца паўторна на працягу доўгага часу.
9. Час, уплыў надвор'я і доўгатэрміновыя змены
Устойлівасць схілу не з'яўляецца статычным станам. З часам выветрыванне можа ператварыць горную пароду ў больш слабую глебу, зніжаючы звязнасць і вугал унутранага трэння. Цыклы вільготнасці і сухасці могуць выклікаць расколіны ў гліне ад ўсаджвання, якія затым становяцца шляхамі для пранікнення вады падчас ападкаў. Цыклы спякоты і холаду (у некаторых раёнах) таксама могуць павялічваць расколіны ў горных пародах.
Акрамя таго, змяненне клімату, якое выклікае больш частыя экстрэмальныя ападкі, можа павялічыць колькасць апоўзняў. Такім чынам, раней стабільныя схілы могуць стаць нестабільнымі з-за доўгатэрміновых змен умоў навакольнага асяроддзя.
Закрыццё
На ўстойлівасць схілаў уплывае спалучэнне фактараў: геаметрыя, уласцівасці глебы/парод, стан грунтавых вод, геалагічная структура, дадатковыя нагрузкі, расліннасць, эрозія, вібрацыі і доўгатэрміновыя працэсы выветрывання. Не заўсёды асноўнай прычынай з'яўляецца адзін фактар; пры многіх апоўзнях некалькі фактараў працуюць разам, каб перавысіць парог устойлівасці. Такім чынам, планаванне схілаў павінна грунтавацца на адэкватных геатэхнічных даследаваннях, адпаведным аналізе ўстойлівасці і рэалізацыі мер па змякчэнні наступстваў, такіх як дрэнаж, умацаванне схілаў, тэрасаванне, раслінны покрыва і кантроль дзейнасці чалавека ва ўразлівых раёнах. Добра разумеючы гэтыя фактары, можна знізіць рызыку апоўзняў і лепш гарантаваць бяспеку навакольнага асяроддзя і грамадства.
