Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля
Находясь длительное время под воздействием деформаций, глина становится более рыхлой. Это особенно свойственно переуплотненным глинам, т. е. таким, которые были сжаты при захоронении на большой глубине, а затем вследствие эрозии перекрывающих отложений снова оказались на поверхности земли под меньшим давлением. При этом обычно наблюдается уменьшение сопротивления сдвигу от максимального до остаточного.
В районе Лондона обрушились стены нескольких железнодорожных выемок, сложенные третичными глинами. Одна из стен — в Кенсал-Грин — обрушилась через 116 лет после проведения земляных работ, когда сопротивление сдвигу в породе упало на 60 %. Другая стена — в Садбери-Хилл — рухнула через 49 лет, ее сопротивление сдвигу уменьшилось на 80 %. Исходя из опыта таких наблюдений, можно контролировать скорость изменения сопротивления сдвигу и, следовательно, рассчитать, когда тот или иной склон может обрушиться. Расчеты показали, что многие лондонские железнодорожные выемки, построенные в начале века, уже достигли критического возраста и требуют проведения работ по их дополнительному укреплению.
Оползни течения
В оползне течения обломочный материал обильно насыщен водой, а отчетливая плоскость скольжения отсутствует. Разжижение пород может произойти по разным причинам. Одна из наиболее частых причин — нарушение «чувствительных» глин, примером чего служит катастрофа в городе Николе в Канаде. Николе— небольшой городок, расположенный на южной стороне долины реки Святого Лаврентия в Квебеке. Он находится на низкой террасе, примыкающей к реке Николе — притоку реки Святого Лаврентия. Терраса некогда была сложена мелкозернистыми песками, имевшими мощность 2,5 м и залегавшими на сплошной толще серых слоистых глин, относящихся к формации Леда. Незадолго до полудня 12 ноября 1955 г. крупный блок террасы сполз в реку и образовалась воронка размером 100 X 200 м и глубиной 5—10 м. Движение продолжалось всего несколько минут, однако за это время были уничтожены школа, к счастью, пустая, и несколько домов. Погибло три человека.
Оползневый обломочный материал вел себя почти как жидкость. Это был классический оползень течения, а причиной его послужила «чувствительная» глина формации Леда. Чувствительность глины — это снижение прочности, вызванное разрыхлением или нарушением структуры породы. Чувствительность таких материалов, как глины Леда, которые могут быть названы «высокочувствительными» или плывучими, составляет около 90 %. Этого вполне достаточно, чтобы при нарушении глина вела себя как жидкость и могла течь. Образцы глин Леда выдерживали испытание на одностороннее сжатие 100 кПа, и все же эту глину можно выливать как жидкость после простого помешивания, не добавляя ни капли воды. Чувствительность глин Леда, возможно, обусловлена их осаждением в обстановке спокойного мелководного моря вблизи края ледника, образовавшегося во время последнего оледенения. Вследствие этого в глине более 50 % некоагулированных зерен имеет размер менее 2 мкм, к тому же 50 % массы всего материала составляет вода.
В таком состоянии сцепление зерен обеспечивается присутствием в воде соли. Послеледниковое поднятие этой толщи привело к тому, что через глины стала просачиваться дождевая вода, постепенно удаляя соль из вод, заполнявших поры. Уменьшение содержания соли примерно на одну десятую по сравнению с первоначальным значением сопровождалось потерей связи между зернами. В таком выщелоченном состоянии «чувствительные» глины могут изменить свою структуру и стать текучими под воздействием практически любого внешнего фактора. Вообще говоря, вопрос о причинах чувствительности глин весьма сложен, и вымывание солей — лишь одно из возможных объяснений этого явления. В числе других причин'можно назвать добавление диспергирующих агентов, например'соединений гумуса из залегающего выше торфа, а также разрушение неустойчивого гидроокисного цемента. По-видимому, на этот процесс могут одновременно влиять несколько факторов.
Основная причина оползня в городе Николе заключалась в том, что нижележащая глина становилась постепенно все более рыхлой и наконец превратилась в «чувствительную». Непосредственным стимулом оползня могло быть либо увеличение давления воды вследствие повреждений канализации, либо вибрации при движении транспорта и при ремонте канализационной сети. К сожалению, в то время, когда строили город Николе, еще ничего не было известно о свойствах «чувствительных» глин. В настоящее время такие глины распознаются по их геологической истории, гранулометрическому составу и содержанию воды. Их вполне можно определить в лабораторных условиях. Поэтому теперь никому не придет в голову возводить здания на участках, подстилаемых «чувствительной» глиной, как это было при строительстве города Николе.
«Чувствительные» плейстоценовые глины морского происхождения широко распространены на приподнятых участках низменностей на востоке Канады и в Скандинавии. За последнее столетие в этих районах было зарегистрировано не менее 40 крупных оползней. Самый разрушительный из них произошел в Норвегии в 1893 г., когда 70 млн. м3 глины сползло в долину Вер даль рядом с Тронхеймсфьордом. Этот оползень течения разрушил 22 фермы и унес 111 человеческих жизней. Разжиженная глина двигалась как волна — сначала очень быстро, а затем все медленнее и медленнее, однако она успела за 45 мин продвинуться на 8 км вниз по долине, где остановилась и постепенно затвердела. Эта жидкая грязевая волна причинила значительный ущерб, хотя были и казусы: одной семье удалось «проехать верхом» на грязевом потоке более 6 км, сидя на крыше жилого дома. Но у большинства людей не было никакой надежды на спасение, когда их фермы, расположенные в долине, были затоплены этой грязевой волной.
В качестве причины, провоцирующей движения таких грунтов, нередко выступает сам человек, точнее, его действия. Так, в 1950 г. в Сурте (долина Гота, Швеция) в одном из населенных районов шло строительство. Вибрации грунта при забивании свай вызвали оползень «чувствительной» глины. За 3 мин грунт переместился на 130 м, при этом был уничтожен 31 жилой дом и разрушены значительные участки шоссейной и железной дорог. К счастью, обошлось почти без человеческих жертв — погиб только один человек. В декабре 1977 г. оползень течения произошел в районе, который считался безопасным в этом отношении. В Туре, пригороде Гётеборга, поток снес 67 домов и погибло 8 человек.
Город Сен-Жан-Вьянней в Квебеке расположен в защищенной лощине, окруженной террасами, но под ним залегает пользующаяся ныне дурной славой глина Леда. Незадолго до описываемых событий было установлено, что эта лощина представляет собой верхний конец большого оползня течения, который произошел здесь в XV или XVI веке. 4 мая 1971 г. часть оползня опять начала двигаться. Первыми в 7 ч вечера эти подвижки ощутили животные: их невозможно было загнать на некоторые пастбища. А 3 ч спустя эти пастбища были уничтожены оползнем. Оползневый процесс быстро разрастался. К сожалению, было уже темно и людей не смогли оповестить о надвигающейся опасности. Тем временем самая подвижная часть оползня разрушила большой жилой массив. Один из оставшихся в живых очевидцев катастрофы видел, как дороги, автобус, машины и 40 домов исчезли в воронке глубиной 20 м и более 0,5 км в поперечнике. Именно эта воронка и была местом образования оползня. Обломочный материал в виде 15-метровой волны переместился вниз по небольшой долине на расстояние 3 км и влился в реку Сагеней. Погиб 31 человек. После катастрофы было эвакуировано все население города, так как укрепить неустойчивую «чувствительную» глину даже под очень пологими склонами практически невозможно.
Чувствительные, или плывучие, глины могут разжижаться при малейших внешних воздействиях либо под влиянием медлен-! ных внутренних изменений, незаметно происходящих в породе.! Наиболее сильно сказываются на них природные нарушения,! возникающие вследствие вибраций при землетрясениях. В подоб-1 ных условиях перешли в текучее состояние глины Бутлеггер-1 Коув-Клей в районе города Анкоридж на Аляске. Установлено,! что в окрестностях Сан-Франциско оползни течения происходят! главным образом в хорошо сортированных, насыщенных водой! песках, которые при вибрации очень быстро разжижаются. В приведенных выше примерах разжижение было вызвано тем, что поры подвергшихся вибрации пород были насыщены водой. То же самое может произойти, если обширные поры породы заполнены воздухом, что характерно, например, для таких материалов, как лёсс. Наиболее разрушительными из когда-либо зарегистрированных в мире были катастрофические оползни течения в сухом лёссе, происшедшие во время землетрясения 1920 г. в провинции Ганьсу (Китай); при разрушении жилищ, построенных в лёссовых террасах, погибло около 100 000 человек.
