4. Методы изучения и прогноза устойчивости склонов.

ОДМ 218.2.006-2010рекомендации по расчету устойчивости оползнеопасных склонов (откосов) и определению оползневых давлений на инженерные сооружения автомобильных дорог

Наиболее распространенные в инженерной практике методы расчета устойчивости и оползневых давлений делятся на три основных группы:

- методы предельного (пластического) равновесия;

- методы конечных элементов);

- комбинированные методы.

Для оценки и прогноза устойчивости склонов используется большое количество методов, которые можно подразделить на такие основные группы: сравнительно-геологические, геологического подобия, механико-математические (строгие решения, расчетные, расчетно-экспериментальные), лабораторного моделирования, стохастические (вероятностные).

Сравнительно-геологические методы основаны на сравнении инженерно-геологических условий рассматриваемого участка с условиями склонов-аналогов, где раньше изучались проявления оползней-базируется на сопоставлении геометрических параметров устойчивых и неустойчивых склонов. Сравнительно-геологическими методами, возможно, оценивать вероятность смещения и приблизительно определять размеры ожидаемых оползней. При использовании этого метода обычно вызывает сложность подбор натурных аналогов, которые достаточно полно отвечают склону-объекту. Некоторую сложность представляет также количественная оценка устойчивости склона, на котором оползневые смещения не происходили. Она может быть выполнена только приблизительно на основе сопоставления общего угла наклона склона, который изучается и склона-аналога.

Методы геологического подобия. Как и сравнительно геологические методы, эти методы нуждаются в выборе аналога сначала по качественным, а затем и по количественным признакам. По количественным признакам, согласно представлениям о закономерностях изучаемого процесса (в нашем случае - оползневой склон) определяются безразмерные критерии подобия. При сопоставлении устойчивости для склона-объекта и склона-аналога необходимо придерживаться качественного подобия формы склона, геологического строения, гидрогеологических условий, механизма смещения, внешнего влияния на склон, основных показателей свойств пород и методики установления этих свойств. Количественные критерии подобия, которые устанавливаются по теории размерностей, должны выражать в безразмерном виде соотношение количественных параметров (высота склонов, их крутизна, мощность обводненной зоны, величины прочности на сдвиг и другие), которые используются для характеристики склонов-аналогов и для оценки устойчивости склона-объекта. Вообще, методами геологического подобия можно решать практически любые прогнозные задачи. Однако, кроме трудностей (аналогично со сравнительно-геологическими методами) относительно подбора аналогов, использование методов геологического подобия дополнительно осложняется процессом выбора количественных критериев и проверкой их достоверности.

Механико-математические методы основаны на разных схемах, представлениях о механизме оползневых деформаций пород склонов и в большинстве своем предназначены для определения оценки устойчивости склона в различных условиях. Подавляющее большинство методов разработано для условий плоской задачи, когда рассматривается равновесие элементарного массива грунта шириной в единицу длины, условно “вырезанного” по направлению движения произошедшего или ожидаемого оползня. В природных условиях плоская задача отвечает оползням, у которых ширина значительно больше длины, то есть - фронтальным.

Механико-математические методы оценки и прогноза устойчивости склонов и оползней можно подразделить на такие основные группы:

Строгие решения теории предельного равновесия. В этих методах допускается, что предельное состояние наступает одновременно в пределах всего массива, который должен отделяться и в пределах его объема изучается напряженное состояние. Методы позволяют расчетами или с помощью специальных графиков находить форму поверхности “равностойкого” откоса или определять величину максимальной нагрузки на горизонтальную поверхность массива. Расчетные (приблизительные, инженерные) методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород по поверхностям смещения разной формы (кругло-цилиндрической, плоской, ломаной и другой) и позволяют определить коэффициент устойчивости склона

Большое количество расчетных методов, так называемых методов кругло-цилиндрических поверхностей смещения и их модификаций, базируется на предположении, что поверхность смещения в вертикальном разрезе имеет вид дуги круга и предназначены для использования в однородных массивах пород. Существуют разные способы предварительного определения положения поверхности смещения (поиска центра дуги круга), имеющей минимальный коэффициент устойчивости, то есть наиболее опасный для склона при заданных условиях.

Другая группа расчетных методов (например, “прислоненного” откоса предназначена для использования, когда форма поверхности скольжения (плоская, ломаная, ломано-вогнутая) и ее положение обусловлены особенностями геологического строения массива (слабые прослои; границы раздела слоев пород, наклоненных в сторону склона; делювиальные отложения на поверхности коренных пород; тело оползня и др.). В этих случаях устойчивость склона проверяется по нескольким поверхностям смещения или по одной (при оползнях форма и положение поверхности скольжения не изменяется - она “зафиксирована” особенностями геологического строения)..

Расчетно-экспериментальные По результатам расчетов или моделирования выполняется оценка, и прогноз устойчивости склона путем сопоставления полей показателей прочности пород и полей величин действующих (касательных) напряжений. Важным преимуществом такого подхода оценки устойчивости склона является возможность выполнения как общей оценки устойчивости склона по существующей или предполагаемой поверхности смещения, так и выделения зон возможных пластических деформаций в любых частях склона.

Методы лабораторного моделирования, подразделяющиеся, главным образом, на физические и аналоговые, позволяют изучать напряженное состояние массива пород (эти данные используются для количественной оценки устойчивости склона) и процессы развития оползневых деформаций, их скорости, виды, механизм, а также оценивать влияние различных факторов и эффективность защитных мероприятий. Среди физических методов требованиям прослеживания процесса в модели, возможности изучения динамики изменения напряженно- деформированного состояния пород модели в зависимости от изменения различных факторов отвечают методы эквивалентных материалов и центробежного моделирования. По данным о величинах напряжений предварительно оттарированих датчиков, возможно, осуществлять оценку устойчивости склонов

Стохастические (вероятностные) методы основаны на установлении вероятной корреляционной зависимости прогнозируемого показателя от значений параметра, характеризующего факторы развития процесса. Для применения этих методов необходимо большое количество исходных данных и их обработка с помощью регрессионного анализа. При наличии большой и достаточно достоверной совокупности измерений существует принципиальная возможность определять с помощью этих методов скорости отступания бровки склона, повторяемость периодов активизации оползней и средние скорости их движения, размеры оползневых тел и другие параметры, которые возможно измерить в натурных условиях. Вследствие этого, обязательным требованием оценки устойчивости склона является использование комплекса методов расчетов и моделирования наряду с методами, основанными на геологическом анализе.