Дорога, ведущая от города Хоп к Принстону, пересекает Каскадные горы в южной части Британской Колумбии (Канада), к востоку от Ванкувера. В 18 км от Хопа она извивается вдоль подножья крутых западных склонов горы Джонсон-Пик. Незадолго до рассвета 9 января 1965 г. по дороге медленно двигались три автомобиля. Внезапно с Джонсон-Пик сорвалась огромная масса породы 130 млн. т и погребла участок дороги около 3 км вместе с автомашинами и находившимися в них людьми.

Оползень, подобный случившемуся близ города Хоп, — вполне обычное событие для местностей, где активно проявляются процессы эрозии склонов. Ни один из очевидцев этой катастрофы не остался в живых, но можно предполагать, что оползень произошел почти мгновенно. Основная оползневая масса переместилась приблизительно на 2,5 км, спустившись при этом на 700 м по вертикали. Обломки были переброшены на 150 м вверх по противоположному склону долины. Следовательно, скорость их падения значительно превышала 150 км/ч.

Как и любой другой склон в аналогичных климатических условиях, западный склон Джонсон-Пик в течение многих тысяч лет подвергался непрерывной эрозии. Под воздействием дождей и солифлюкции, в результате развития осыпей и образования оврагов массы горных пород могут перемещаться по склону, от подножья которого обломочный материал уносится реками. На большинстве склонов эрозионные процессы протекают медленно и продолжаются непрерывно на протяжении значительного времени. Но на Джонсон-Пик сложилось своеобразное сочетание геологических условий, которое нарушило ход процесса. Легко раскалывающиеся зеленые сланцы и метаморфизованные вулканические породы, включающие пластовые интрузии фельзита, залегали почти параллельно склону горы и нередко отрывались и перемещались вниз, вызывая крупные оползни. Причиной, которая привела оползень в движение в ту январскую ночь 1965 г., явились два слабых локальных землетрясения. Детали геологического строения и динамики горных масс, подобные рассмотренным, и определяют обычно механизм оползневой деятельности, которая может привести к последствиям разного масштаба — от незначительного беспокойства до крупной катастрофы.

Оползни происходят в том случае, когда массы породы, слагающие склоны гор, теряют опору в результате воздействия каких-либо природных или антропогенных процессов. Теоретическое изучение сил, действующих на толщу горных пород, может предсказать вероятность обрушения склона или развития оползня. К сожалению, не поддается учету влияние неисчислимого множества разнообразных трещин, пронизывающих породу. А поскольку нельзя точно определить характер трещин, оценить сопротивление трения и степень сцепления пород на большой глубине, то нельзя однозначно указать и время обрушения склона.

Наш настрой может показаться слишком пессимистичным, поскольку даже качественные оценки геологической обстановки позволяют обнаружить многие случаи потенциальной опасности обрушения горных склонов. Но постоянные оползни, вызывающие значительные разрушения и даже человеческие жертвы, свидетельствуют о том, насколько трудно учесть все многообразие действующих факторов.

Существование огромных вертикальных или даже нависающих уступами утесов в таких районах, как Йосемит в Калифорнии и Доломитовые Альпы в Италии, показывает, насколько устойчивой может быть плотная слаботрещиноватая порода. Наклон в 70° инженеры обычно считают безопасным постоянным углом для твердой массивной породы с беспорядочно ориентированными трещинами. Однако известно, что в некоторых плохо консолидированных глинах обрушение происходит даже при наклоне менее 7°.

Во всех случаях обрушения склона следует учитывать два признака — основную причину этого события и механизм, приведший его в действие, т. е. вызвавший это обрушение. Наиболее частой причиной является либо отсутствие внутреннего сцепления в неуплотненном материале, либо наличие зон ослабления — трещин или плоскостей напластования — в твердых породах. В обоих случаях эти признаки относятся к статическим геологическим условиям, которые можно определить и предсказать. Гораздо труднее понять механизмы, приводящие оползень в действие. Одним из таких пусковых механизмов является нарушение целостности потенциально оползневых масс независимо от того, вызвано ли оно перегрузкой, связанной, например, со строительными работами и вибрацией при возведении каких-либо конструкций, или землетрясениями. Большинство крупнейших оползней в мире было в той или иной степени обусловлено удалением подошвы оползневой массы, в результате чего породы, слагающие склон, оказывались как бы в подвешенном состоянии.

Еще один спусковой механизм — это вода. К опасным последствиям может привести насыщение водой неустойчивого материала, который размягчается и становится непрочным. Но и удаление воды, влекущее за собой обезвоживание глин, также способствует возникновению оползней. Выветривание пород, изменение характера растительности, чередование замерзания и таяния — вот некоторые из природных механизмов, вызывающих развитие оползней. Большинство же крупных оползней, как будет показано на примерах, возникает вследствие сочетания нескольких из перечисленных факторов.

Предпринимались попытки классифицировать оползни, но особым успехом они не увенчались. Это в основном объясняется тем, что нет таких одного или двух параметров, по которым можно было бы проводить классификацию и которые одновременно были бы связаны с причинами образования оползней и механизмами, приводящими их в движение.

Масштабы оползней значительно варьируют, так же как и их скорости. Оползневые массы могут состоять из крупных, относительно неразрушенных блоков породы, из разжиженной глины или обломочного материала. Геологическая структура и место проявления могут быть весьма многообразными, что зависит от причины, вызывающей движение оползня. При дальнейшем описании будет использована весьма приблизительная классификация оползней, в которой особое внимание уделено геологическим факторам.

 

Камнепады

Во многих случаях при больших разрушительных оползнях наблюдается свободное падение обломков пород — камнепады; они способны с огромной скоростью перемещаться на значительные расстояния. Практически невозможно оценить масштабы крупнейших камнепадов, но некоторые, чисто статистические, данные о доисторическом оползне — камнепаде в долине Саид-маррех в Иране — весьма впечатляющи. Наклонная известняковая плита мощностью 300 м сорвалась с горы Кабир-Кух и обрушилась в долину Саидмаррех. Длина оползневого блока по горизонтали составила около 15 км, в поперечнике он достигал 5 км. При оползании с Кабир-Кух блок спустился на 900 м и, постепенно наращивая скорость, в виде огромной массы обломков помчался вниз, пересек долину Саидмаррех шириной 8 км, перевалил через расположенный за долиной хребет Кухе-Киалан высотой 450 м. Круша все на своем пути, эта оползневая масса остановилась только в 17 км от места возникновения.

По самым скромным подсчетам объем оползневого материала составил здесь около 20 км3, а его масса — около 50 млрд. т. Обломочный материал перегородил долину, образовав огромную плотину. Возникло озеро длиной 65 км и глубиной 180 м. В настоящее время это озеро уже не существует: оно осушилось через ущелье, прорезанное текучими водами в толще оползневой запруды. Полагают, что оползень в долине Саидмаррех был самым крупным в мире. Поскольку это случилось в доисторическом прошлом и человека еще не было, говорить о нанесенном ущербе не приходится, но, произойди подобный громадный оползень сейчас в густонаселенном районе, последствия были бы ужасающими.

Оползень в долине Саидмаррех находится примерно в 100 км к северо-западу от города Дизфуль на западном склоне гор Загрос в южном Иране. В геологическом отношении он не отличается от других крупных оползней. Кабир-Кух представляет собой гору, рельеф которой повторяет очертания поверхности слагающего ее известняка, образующего антиклинальную структуру. Во внешнем покрове горы, представленном известняками Асмари, и зародился оползень. Известняки падают под углом 20° по направлению к долине. Их подстилают тонкослоистые известняки и мергели. Известняки Асмари обнажились на вершине горы, где гребень антиклинали оказался размытым. Подножье склона Кабир-Кух, на котором возник оползень, постепенно, но достаточно активно разрушалось водами реки Каркхех. В результате большая часть известняков внизу склона была размыта. Таким образом, огромная известняковая плита оказалась лежащей на наклонной поверхности рыхлого мергеля. Подошва горы была эродирована и, возможно, прорезана крутыми ущельями, дренировавшими склон. Возникли поистине классические условия для образования оползня.

Горы Загрос сейсмически активны, и вполне вероятно, что оползневое движение началось вследствие землетрясения. Оползень с фантастической быстротой двинулся по дну долины, сложенной мергелями и гипсом; при этом массивный известняк раскалывался. К настоящему времени большая часть его превратилась в щебень, но остались и крупные блоки до 2000 т. Эти тяжелые блоки были перенесены оползнем на расстояние более 8 км. Первоначальная структура оползшего известняка позволяла воде легко насытить его, что вызвало на нижней границе повышение гидростатического давления. Этот процесс, а также образование карстовых пустот в базальном известняке в значительной мере ослабили устойчивость толщи пород. Движению, усиленному наличием воды, способствовало также то обстоятельство, что дно долины было сложено гипсом и мергелем и представляло собой поверхность с относительно низким сопротивлением трения. Тем не менее до сих пор не вполне ясно, как такая огромная масса породы могла переместиться на столь значительное расстояние.

Суть спора о способе перемещения камнепадов заключается в следующем: как движется обломочный материал — течет ли он по склону или же скользит над его поверхностью. Гипотеза, согласно которой обломочный материал течет, казалась сначала более привлекательной, поскольку она объясняла отсутствие значительного трения в основании оползня. В пользу другой точки зрения также имеются доводы, основанные, например, на результатах изучения оползня Блэк-Хок в южной Калифорнии.

Этот оползень обрушился с высоты около 1200 м с горы Блэк-Хок тоже еще в доисторическое время. Оползневый материал представлен главным образом обломками мрамора. Есть предположение, что оползневая масса двигалась вниз по склону как единое целое, почти без трения, скользя на подушке из сжатого воздуха. Такая воздушная подушка могла появиться, если оползень на некотором участке своего пути оторвался от поверхности склона. В пользу этого предположения свидетельствует наличие краевых гряд обломочного материала, которые могли образоваться вследствие просачивания воздуха из-под краев оползневой массы. Хотя морфология оползневых отложений в районе Блэк-Хок и может быть объяснена гипотезой воздушной подушки, свидетелей этого доисторического события нет, и поэтому имеет смысл рассмотреть, как ведут себя более современные камнепады.

В 1881 г. огромная глыба сорвалась с горы Платтенберг й, пролетев более 450 м, упала недалеко от деревни Эльм, расположенной близ города Гларус в восточной Швейцарии. Как ни удивительно, этот обвал был по существу делом рук человеческих. Гора Платтенберг сложена аспидными сланцами, разработка которых велась карьерным способом. По мере выемки сланца в карьере образовался' искусственный обрыв длиной 180 м и высотой около 60 м. Нависшая верхняя стенка карьера не была укреплена, и к 1876 г. стало очевидным, что она движется и может обрушиться. Буквально на глазах в нависшей части карьера появлялись крупные извилистые трещины. Целых пять лет трещины разрастались и даже поглотили небольшой ручей. К 8 сентября 1881 г. ширина главной трещины уже превышала 3 м, а скорость обрушения и шум от перемещающихся пород настолько усилились, что работы в карьере были прекращены.

В 17 ч 15 мин 11 сентября 1881 г. над карьером произошел небольшой оползень. Жители расположенной внизу деревни следили за ним с благоговейным страхом и изумлением. Через 17 мин за первым оползнем последовал второй. Затем на горе воцарилось спокойствие, но всего на 4 мин, после чего с грохотом сорвалась вся сланцевая масса, нависавшая над карьером. Она обрушилась на дно карьера, а затем подобно огромной струе воды хлынула в долину. Масса каменных обломков объемом более 112 000 м3 пересекла дно долины, взлетела на 100 м вверх по ее противоположному борту, отскочила от него и устремилась вниз по долине. Преодолев около 1,5 км менее чем за минуту, она внезапно остановилась. Несмотря на то что оползень не затронул центральную часть деревни Эльм, под ним было погребено 115 человек.

Не исключена возможность, что оползневая масса, которая устремилась на деревню Эльм, перемещалась вниз по долине на подушке из воздуха, захваченного ею при падении. Это предположение, казалось бы, подтверждается тем, что камнепад на некоторых участках почти не повредил растительности. Но имеются также факты, свидетельствующие в пользу того, что обломочный материал, насыщенный изнутри воздухом и пылью, пребывал в текучем состоянии. Очевидец этой катастрофы, которому удалось спастись от оползня бегством, впоследствии описывал движущийся обломочный материал как бугристо-холмистую, волнующуюся массу, напоминавшую «кипящую перловую кашу». Эта масса проникала и в дома; один старик, находясь в кухне своего дома, был по плечи погребен потоком обломков, который обтекал его со всех сторон, не причиняя никакого вреда. Поскольку постройки не были повреждены, а просто заполнены обломками, предположение о том, что оползневая масса представляла собой поток, кажется более логичным. Подтверждают гипотезу течения и эксперименты с моделями.

Обе существующие гипотезы пытаются объяснить, каким образом камнепады могут перемещаться с такой огромной скоростью и на столь большие расстояния. К сожалению, сейчас приверженцы каждой из этих гипотез полностью отвергают другую точку зрения и взаимопонимания между исследователями не достигнуто.

Камнепады часто происходят в районах молодых гор, таких как Швейцарские Альпы. Для некоторых деревень, расположенных в самых глубоких долинах, от камнепадов нет никакого спасения. В 1618 г. на юге Швейцарии со склонов Монте-Конто на город Плёр обрушился огромный камнепад, унесший 2430 человеческих жизней. По-видимому, это бедствие подобно камнепаду в деревне Эльм было вызвано непродуманным расположением карьеров на горных склонах. В Швейцарии же, к западу от Шюра, где сейчас находится деревня Флимс, в межледниковую эпоху оползень перегородил долину Рейна, образовав озеро, первоначальная глубина которого составляла 200 м. Сейчас этого озера уже нет, потому что Рейн быстро прорезал новое русло в массиве каменных обломков, и деревня Флимс на его берегу в настоящее время не подвергается опасности,

Однако кое-где такие созданные стихией озера и поныне существуют. Одно из них возникло в результате самого сильного из наблюдавшихся в наше время камнепадов. Это произошло в 1911 г., когда в долину реки Мургаб на Памире обрушилось около 5 км3 породы. Разбушевавшаяся стихия целиком погребла под обломками одну из деревень и затопила другую водами образовавшегося при этом Сарезского озера.

За 18 лет до этой катастрофы сильный обвал произошел в Индийских Гималаях. Горный склон, сложенный доломитами, сполз в долину реки Бирехиганга близ деревни Гохна к северо-востоку от Дели, образовав плотину высотой 300 м и длиной 3 км, за которой стало быстро наполняться озеро. Уровень воды в озере тщательно контролировался, и через год было точно предсказано, когда вода перельется через плотину. Своевременная массовая эвакуация населения из городов и сел, расположенных в долине, позволила избежать человеческих жертв, но многие населенные пункты были смыты с лица Земли, когда вода хлынула через запруду. После этого наводнения уровень воды в озере понизился на 120 м.

Значительный научный интерес вызвал оползень на Памире, произошедший в 1911 г. одновременно с землетрясением. Сначала полагали, что причиной землетрясения был сильный камнепад, но расчеты опровергли это предположение. Было установлено, что именно камнепад, как и в большинстве случаев, был следствием землетрясения.

Незадолго до полуночи 17 августа 1959 г. оползень обрушился на кемпинг у реки Мадисон в штате Монтана (США); при этом погибло 27 человек. Оползень, который правильнее было бы назвать камнепадом, сорвался с крутых склонов каньона в результате землетрясения магнитудой 7,6, эпицентр которого располагался под озером Хебген. Обрушившийся материал состоял из смеси доломитов и кристаллических сланцев. Нижняя часть склона каньона была сложена почти вертикально залегающими доломитами, они подстилали толщу кристаллических сланцев, угол падения которой в сторону каньона достигал 50°. Этот неустойчивый склон каньона держался до тех пор, пока сейсмические вибрации не ослабили доломитовый контрфорс.

Магнитуда разрушительного землетрясения 1970 г. в Перу была лишь ненамного больше— 7,7, однако вследствие толчков с горы Невадос-Уаскаран сорвались огромные массы горных пород и льда и устремились вниз по долине к городу Юнгай. Под ними погибло 10 000 человек.

Оползнями часто сопровождаются землетрясения в горных районах. Но, возможно, гораздо опаснее те оползни и камнепады, которые не связаны с землетрясениями. Наглядным примером служит камнепад, произошедший в 1903 г. в канадском городе Франк.

К востоку от перевала Кроуснест в Скалистых горах на юге провинции Альберта находится маленький шахтерский городок Франк, расположенный на дне глубокой ледниковой долины. С южной стороны долины вырисовывается обрывистый склон горы Тёртл, возвышающейся на 900 м. Вся верхняя часть горы сложена верхнепалеозойскими известняками, в основном массивными и плотными. Однако в нижней части толщи среди них часто встречаются слабые — сланцеватые и плитчатые — разности. Известняки образуют крутую антиклиналь с опрокинутой нижней частью восточного крыла. Характерная особенность этой структуры состоит в том, что на значительном участке слоистость пород параллельна склону, обращенному в сторону города Франк. Под массивными известняками проходит крупная плоскость разлома, по которой они контактируют с толщей довольно рыхлых меловых осадочных пород, слагающих склоны у подножья горы и дно долины, покрытое аллювием и валунной глиной. В районе города Франк эти меловые осадочные породы залегают почти вертикально. Они представлены в основном сланцами с прослоями песчаников и включают угольный пласт мощностью 4 м.

В 1901 г. к югу от города Франк, у подножья восточного склона горы Тёртл, начали разработку месторождения угля. В результате появились почти вертикальные открытые горные выработки, разрезавшие залежь на отдельные столбы. К октябрю 1902 г. горные выработки уже протягивались на 700 м вдоль простирания угольных пластов, а столбы, особенно в утренние часы, стали оседать. В апреле следующего года уголь практически «самодобывался»: глыбы угля постоянно падали с висячего бока на дно забоя, откуда шахтеры просто сгребали его лопатами. Это происходило на участке длиной 450 м, где глубина выработок местами достигала 120 м. В 4 ч утра 29 апреля 1903 г. подвижки в шахте внезапно усилились. Породы скрипели и стонали, огромные куски угля отламывались от кровли и падали, загромождая стволы горных выработок. Работавшие в ночную смену шахтеры поспешили покинуть шахту. Еще через 10 мин раздался сильный треск и вершина горы Тёртл рухнула _в долину. За этим треском последовал шум, напоминающий приглушенный взрыв, и более 28 млн. м3 известняка низверглось вниз по склону горы. Перелетев через невысокую гряду песчаника, у подножья горы эта масса почти оторвалась от земли и устремилась по долине со скоростью более 160 км/ч.

Сопровождаемый сильными порывами ветра, выдувавшими людей из расположенных поблизости домов, этот обломочный материал пронесся с ужасным шумом, похожим на звук парового клапана котла высокого давления, пересек русло реки Олдмен, продвинулся еще на 1,5 км, взлетел на 100 м вверх по склону противолежащего холма и затем внезапно остановился. Менее чем за 2 мин, прошедшие после первого громкого треска, беспорядочная масса из глыб и мелких обломков известняка засыпала вход в шахту, перекрыла 1,5 км железнодорожного полотна, идущего вдоль Тихоокеанского побережья Канады, разрушила несколько домов на окраине шахтерского городка Франк. Во время этой катастрофы погибло 76 человек.

Несомненно, что явной причиной оползня в городе Франк были горные работы. Однако этот оползень является классическим, так как в его возникновении определенную роль сыграл и ряд других факторов. Важное значение имела структура известняка, особенно угол его падения. Если бы падение было более пологим, слоистость могла бы препятствовать движению пород по склону. И наоборот, если бы падение пород и склон холма были более крутыми, происходили бы частые небольшие камнепады, что препятствовало бы накоплению значительного количества неустойчивого материала. Но в данном случае угол залегания был критическим и слагающий склоны известняк на большом участке не имел практически никакой опоры. Кроме того, под действием ледника, прорывшего в плейстоценовое время долину, где располагался город Франк, восточный склон горы Тёртл стал более крутым. Его наклон оказался больше, чем угол падения трещин в породах сланцевой толщи. Все это сделало камнепад неизбежным; удивительно, что гора Тёртл простояла так долго после отступления ледника.

Обрушению могла способствовать также насыщенность трещиноватых известняков водой, периодическое замерзание которой приводило к «вспучиванию» вышележащих слоев. Накануне камнепада температура воздуха днем была достаточно высокой и снег в трещинах сильно подтаял; ночью же ударил мороз, и талая вода, вновь замерзнув, значительно увеличилась в объеме; по-видимому, и этот фактор тоже сыграл некоторую роль. Вследствие снятия нагрузки с отступлением плейстоценового ледника в известняках могли образоваться критически ориентированные, параллельные склону горы, трещины — столь обычные для отложений ледниковых долин. Однако установить наличие таких трещин в данном случае затруднительно. В результате же горных работ была ослаблена опора подножья горы, где сохранились лишь непрочные целики угля, и любые подвижки известняка вызывали обрушение породы. Однако ориентировка некоторых локализованных зон тектонических брекчий в известняке свидетельствует о том, что существенной роли в происшедшем оползне эти явления сами по себе сыграть не могли. Совокупность процессов, действовавших непосредственно в толще известняка, была вполне достаточной, чтобы произошел камнепад. Эти естественные процессы сделали оползень неизбежным задолго до того, как в городе Франк стали вести добычу угля.

После катастрофы 1903 г. жители города стали проявлять беспокойство. А вдруг северный склон горы Тёртл тоже обрушится на город? Ведь по своей геологической структуре этот склон идентичен восточному, тем более что вдоль всего хребта протянулись крупные зияющие трещины. И хотя неизвестно доподлинно, когда они появились: до землетрясения 1901 г., во время оползня 1903 г. или уже после этих катастроф — стало совершенно ясно, что з подобной геологической обстановке вполне может развиться новый оползень. Не следует ли поэтому перенести город в другое место? Горных выработок непосредственно под городом нет, и если бы основной причиной камнепадов была добыча угля, то город Франк можно было бы считать в относительной безопасности. Что же касается горных работ, которые велись на горе Тёртл до 1903 г., то они, безусловно, были плохо спланированы и в сложных геологических условиях этого района их можно оценить как настоящее самоубийство. Однако прославленная Канадо-Американская угольная компания об этом и не думала; цель у нее была лишь одна — добывать уголь и делать деньги.

 

Обвалы

В начале оползня, происшедшего в 1903 г. близ города Франк, глыбы известняка скользили вдоль плоскостей отдельности. Но в конце их пути у подножья горы накапливалась беспорядочная груда обломков. Такие оползни называют камнепадами. И наоборот, истинным обвалом считают перемещение блока пород по некоторой ранее существовавшей поверхности, причем блок в этом случае движется как единое целое. Геология подобных оползней обычно бывает достаточно простой. Но, к сожалению, дать прогноз, когда произойдет такой оползень, — очень трудно, так как измерить силы трения, действующие на глубине, практически невозможно.

В большинстве случаев ослабленными зонами, по которым происходят обвалы, являются плоскости напластования осадочных пород. В породах метаморфических эту роль могут играть плоскости рассланцевания. И в том и в другом случае обычно имеет значение присутствие прослоев или включений глин либо пластинчатых минералов — слюд. Классическим примером обвала может служить обрушение склонов невысокой горы Россберг, расположенной к востоку от города Люцерн в Швейцарии; произошло оно в 1806 г. Южный склон горы был сложен третичными конгломератами мощностью от 60 до 90 м с углом падения от 19 до 21°, залегавшими на горизонте битуминозного мергеля с таким же углом падения. У подножья склона эрозия дошла до мергеля, и лишь трение удерживало конгломераты на наклонной подошве. И вот в 1806 г. огромный массив конгломерата обрушился вниз на деревню Гольдау, расположенную в долине; погибло 457 человек.

Причиной возникновения многих подобных обвалов является человек, лишающий склоны гор их потенциальной устойчивости. Недалеко от города Тин на реке Влтава (юго-запад Чехословакии) возвышалась гора. Угол наклона ее поверхности составлял 30°. Гора была сложена биотитовыми гнейсами с углом падения 40° вниз по склону. Этот склон был достаточно устойчивым до тех пор, пока по нему не проложили дорогу. При строительстве дороги совершенно не учли местные геологические условия. Наклону тен дорожной выемки придали угол 55°, и поэтому вполне естественно, что выемка обрушилась и обломки гнейсов засыпали дорогу.

В городе Матлок (графство Дербишир) два дома были построены под уступом старого карьера в долине реки Деруэнт с крутыми берегами, несмотря на то что известняк на уступе круто падал в сторону этих домов. 10 января 1966 г. огромная плита известняка, ограниченная сзади нерудной жилой и лежавшая на маломощном пласте глины, медленно поползла вниз, и через 10 ч оба дома были полностью разрушены.

Геометрия обвалов, происходящих по плоскостям ослабления, весьма проста. Гораздо сложнее бывает картина, когда прочная рода залегает (иногда даже горизонтально) на мощных. отложениях более рыхлых пород, например глин. В этом случае в верхней толще происходит массовое смещение крупных блоков, вызванное пластической деформацией нижележащей глины.

Это смещение может быть трех типов.

Блоки могут просто оседать и смещаться, как это неоднократно случалось, например, на краю плато Сан-Рафаэль в городе Алжир. Серьезная катастрофа произошла здесь в декабре 1943 г., когда известняковый блок площадью 5000 м2 опустился на 7 м в нижележащий мергель и буквально выдавил его из-под себя. К счастью, наклон опустившейся поверхности сохранился без изменения и дома, стоявшие на плато, не были разрушены. Если из-под края такого плато будет выдавлено слишком большое количество глины, поверхность более крепкой перекрывающей породы может изогнуться в сводовую структуру. В Англии, в районе между Ноттингемом и Донкастером, коренные выходы толщи доломитовых известняков, перекрывающей мощную толщу мергелей, образуют выгнутый крутой откос, который нередко движется, вызывая слабые разрушения.

Если нижележащая глинистая порода не поддается пластической деформации, а сдвигается вдоль горизонтальной поверхности, блоки верхнего устойчивого слоя опрокидываются назад — в направлении коренного массива. Оползни такого типа характерны для базальтов, перекрывающих рыхлые глины на побережье графства Антрим в Северной Ирландии, а также на восточном побережье острова Скай в Шотландии. Оползни в Антриме более известны, поскольку там вдоль побережья идет превосходная, хотя и весьма опасная дорога. При крупнейших оползнях, происшедших на острове Скай еще в доисторические времена, оползающие массы перемещались на расстояния до полутора километров, а первоначальное горизонтальное смещение сменялось вертикальным. Общим для всех этих классических оползней является наличие глинистых отложений, перекрытых более крепкой породой.

Долина реки Гро-Вентр, протекающей к югу от знаменитого Йеллоустонского национального парка (США), подвержена оползням из-за особенностей своего геологического строения. Южный склон долины сложен карбоновыми песчаниками, глинистыми сланцами и известняками, которые падают на север под углом от 18 до 21°, почти параллельно склону долины. Это падение сохраняется и в более молодых пластах, образующих северный склон долины. Примерно в середине южного склона некогда существовал холм Шип-Маунтин, сложенный песчаниками толщи Тенслип. Эта толща наклонно залегает на маломощном горизонте глинистых сланцев, отделяющем ее от массивного известняка. Песчаники Тенслип были на значительную глубину прорезаны рекой и весьма неустойчиво удерживались на подстилающих сланцах, также имеющих наклонное залегание.

Эта ситуация сохранялась до 23 июня 1925 г., когда после сильных дождей и таяния снега огромный оползень увлек за собой холм Шип-Маунтин вниз в долину реки Гро-Вентр. За несколько минут в долину переместился массив песчаников Тенслип длиной 1,5 км, шириной 600 м и мощностью 60 м. Фронт оползня поднялся по северному склону более чем на 100 м. После этого оползень остановился, образовав в реке завал высотой около 70 м. На крутой скалистой вершине Шип-Маунтин обнажился известняк, и только останец песчаника напоминает о ее прежнем облике. Лес, покрывавший склон, в основном сохранился, но при оползании песчаника был перенесен на образовавшуюся в долине реки перемычку. При этом многие деревья сохранили свое вертикальное положение, некоторые погибли, другие были пригнуты к земле и покалечены, но продолжают жить. И сейчас этот лес привлекает причудливыми формами деревьев, у которых молодые ветви растут вертикально вверх от старых, поваленных стволов.

К нашему времени песчаник фактически уже разрушен выветриванием, однако можно с уверенностью сказать, что во время оползня он перемещался в основном как монолитный массив — ведь лес сохранился почти полностью, словно бережно пересаженный, лишь немногие деревья были погребены под обломками. К счастью, оползень не нанес значительного материального ущерба и человеческих жертв не было, хотя запруженная река образовала озеро, затопившее несколько крупных ферм, расположенных выше по долине. Часть воды просочилась через оползневую запруду, но 18 мая 1927 г. весенний паводок снова повысил уровень воды в озере и промыл в завале глубокий канал. Местный лесничий предвидел это и за час до катастрофы успел предупредить людей, живших вниз по течению, о надвигающейся опасности, так что большинство из них вовремя покинули свои дома. Воды озера устремились через промоину и вызвали сильное наводнение. Оно продолжалось 5 ч и смыло деревню Келли. Шесть человек не успели спастись и утонули в бушующем потоке. Теперь озеро почти полностью осушено и река мирно течет по ущелью, образовавшемуся в оползневом обломочном материале.

Геология оползня Гро-Вентр была классически простой, и эту катастрофу можно было предвидеть, однако ее точное время определить было невозможно. Непосредственной причиной этого оползня, как и многих других, явилось воздействие воды — дождя и талого снега.

 

Вода в оползнях

Дождевые и талые воды являются важным фактором оползневой деятельности. Одну из двух главных дорог в Непале — дорогу от Покхары к югу, в сторону Индии — почти ежегодно преграждали небольшие оползни, происходившие во время летних муссонов. Обломки оползших пород сгребали с дороги лопатами, и на этом борьба с оползнями прекращалась до следующего муссона. Грядущую опасность не оценивали, пока в 1976 г. муссон не вызвал большой оползень, приведший к разрушению деревни Пахирикхет и к гибели 150 человек.

В бразильском городе Сантус в марте 1956 г. 100 человек погибло во время оползней, последовавших за периодом проливных дождей. Дождевая вода может вызвать оползни почти в любой неустойчивой геологической структуре. Сильные дожди часто приводят к оползням в холмистых районах Гонконга: почвенный покров и залегающая ближе к поверхности выветрелая порода скользят по подстилающему граниту. Так, 18 июня 1972 г. оползень захватил участок шириной 200 м и разрушил лачуги в районе Квантун в Цзюмуне; при этом погибло более 100 человек. В июле того же года, когда однажды количество осадков на японском острове Камидзима за день превысило 40 см, в консолидированных мезозойских сланцах и песчаниках возник оползень; было разрушено 350 домов и погибло 112 человек.

Сильный дождь, прошедший 13 сентября 1936 г. в Норвегии, вызвал оползень в слаботрещиноватом гранито-гнейсе. Сама оползневая масса, сорвавшаяся с очень крутого горного склона, не вызвала разрушений. Но она обрушилась в озеро Лоен и послужила причиной возникновения огромной волны, которая ринулась на деревню, находившуюся на противоположном берегу, и смыла ее вместе с большей частью населения.

Иногда считают, что вода вызывает оползень вследствие того, что в ее присутствии уменьшается трение пород. Но совершенно очевидно, что это не так. У некоторых минералов, в том числе кварца, в сухом состоянии коэффициент трения ниже, чем в мокром. Кроме того, большинство горных пород всегда достаточно увлажнено и содержит тонкие водные пленки, которых вполне достаточно, чтобы сыграть роль «смазки».

Вода вызывает оползневое движение по ряду других причин. Она может проникать в поровые пространства или трещины в породах, создавая в них дополнительные нагрузки. Она стимулирует процессы внутреннего выветривания материала, что выражается как в растворении цементирующих компонентов, так и в образовании глинистых минералов вследствие гидратации других силикатов. Эти факторы могут способствовать возникновению оползней. Но протекают соответствующие им процессы медленно и, по-видимому, они не играют в этом деле решающей роли.

Сильный дождь и внезапное намокание оказывают совершенно иное воздействие: увеличивается водонасыщенность грунтов и возрастает давление поровых вод. Это, вероятно, и является основным фактором, вызывающим оползни. Повышенное давление поровых вод буквально разъединяет зерна минералов и блоки пород, уменьшая сцепление, поверхностное натяжение и сопротивление трения. Если давление воды достаточно высоко, может даже произойти разжижение неуплотненных осадков. Сильный дождь в течение суток может вызвать повышение уровня вод и увеличение порового давления, достаточные для того, чтобы оползень произошел даже в тех породах, которые в более сухих условиях абсолютно устойчивы. Именно это и послужило причиной оползней в Гонконге и обрушений породы в Гольдау, долине Гро-Вентр и на острове Камидзима.

Повышение давления воды было причиной оползня и на горе Мам-Top, находящейся в самом сердце Скалистого края в Англии. Среди местного населения эта гора известна под названием Шиве-ринг-Маунтин («дрожащая гора»). Это название она получила благодаря тому, что вниз по ее восточному склону в сторону Хопдейла постоянно движется оползень. За тысячи лет оползневая масса продвинулась примерно на 500 м, в настоящее время она медленно ползет со скоростью от нескольких сантиметров до 0,3 м в год. К сожалению, этот оползень дважды пересекается дорогой, построенной в 1802 г. и являющей яркий пример того, где не следует строить дороги. Однако у инженеров есть прекрасное оправдание: дорогу больше негде было прокладывать и поэтому приходится мириться с тем, что оползание постоянно разрушает дорожное покрытие и необходимо проводить непрерывные ремонтные работы.

Зимой 1977 г. до конца февраля на вершине Мам-Top лежал мощный снежный покров. Затем прошел сильный дождь, и снег быстро растаял. Вода ослабила всю оползневую массу, которая, как и следовало ожидать, начала двигаться, причем отнюдь не медленно. Разрывы и трещины разверзались в дорожном полотне, целые участки дороги проваливались, и на ее поверхности образовались ступени высотой до полуметра. Через несколько недель оползание породы прекратилось, но дорога была настолько разрушена, что движение по ней пришлось закрыть почти на год.

Повышение давления воды, вызвавшее оползень, первоначально возникло на вершине Хопдейл, где каменноугольные песчаники и сланцы серии Мам-Top залегают почти горизонтально на сланцах Эдейл. Подстилающие сланцы и послужили водоупорным горизонтом, задержавшим воды, которые просачивались вниз через песчаники. Оползневые явления, происходившие в 1977 г., оказали воздействие на уже оползшую массу, которая состояла из смеси обломков песчаников и сланцев. Массы воды скапливались в этом обломочном материале, и скважины, пробуренные после оползня 1977 г., обнаружили артезианскую воду на глубине более 20 м.

Насыщенные водой рыхлые образования и коренные породы обычно очень легко обрушаются, и это следует учитывать при строительстве в целом и проложении дорог в частности, чего не было сделано в данном случае. Конечно, дорогу в районе Мам-Тор можно перенести на участки, которые представляются сейчас наименее подверженными оползневым сдвигам, но это лишь временная мера. Для постоянного укрепления склона необходимо проложить сеть глубоких водотоков, которая предотвратит дальнейшее повышение давления поровых вод.

Искусственный дренаж может воспрепятствовать развитию оползня, а искусственное затопление может его вызвать. Примером тому является катастрофа, которая произошла на реке Вайонт. Русло реки Вайонт, текущей в Итальянских Альпах к северу от Венеции, проходит по глубокому ущелью на дне широкой ледниковой долины. Обширное пространство при слиянии Двух рек — Вайонт и Пьяве — казалось идеальным местом для сооружения водохранилища, и в 1960 г. Адриатическое общество электрификации воздвигло здесь плотину. Сводовая часть этой арочной плотины составляла всего 157 м, по своей высоте — 253, м— плотина занимала второе место в мире. К сожалению, геология участка, занятого водохранилищем, оказалась достаточно сложной, хотя место для плотины было выбрано прекрасное.

Эта долина протягивается вдоль синклинали в мезозойских известняках. С южной стороны водохранилища геологическая обстановка была наиболее сложной. А1ощные известняки, слагающие склоны горы Маунт-Ток, круто падают в направлении оси синклинали, а затем выполаживаются и обнажаются в ущелье реки Вайонт. Среди известняков часто встречаются их тонкослоистые, с прослоями мергелей разности. На склоне Маунт-Ток эту массу породы удерживала сила трения с подстилающими наклонно залегающими пластами. Две группы трещин, параллельных бортам широкой ледниковой долины и врезанному послеледниковому ущелью, пересекались как раз под выпуклым перегибом склона вдоль южного берега водохранилища, что делало этот склон менее устойчивым. Кроме того, было установлено, что в доисторическое время здесь произошли два оползня — недалеко от городка Пинеда и близ Кассо. Таким образом, геологическое строение местности заставляло позаботиться о мерах предосторожности. Поэтому до возведения плотины, а также во время ее строительства велись непрерывные геологические исследования с целью оценки потенциальной опасности возникновения оползней с горы Маунт-Ток.

Исследования склона Маунт-Ток, проведенные в 1957 и 1958 г., показали, что здесь возможны камнепады, объем которых не будет превышать 1 млн. м3. Особой угрозы такие оползни, конечно, не представляют. На следующий год в результате сейсмических исследований было установлено, что под поверхностным слоем рыхлого обломочного материала на глубине 20 м залегает твердая порода. В 1960 г. при повторных исследованиях твердые породы были обнаружены лишь на глубине 50–70 м. Но тогда никто еще не предполагал, что этот факт может объясняться постепенным разрушением породы. Скважины, пробуренные в 1959 г., не встретили в известняках плоскостей скольжения, и только со временем выяснилось, что скважины эти были просто недостаточно глубокими.

В 1960 г., когда началось заполнение водохранилища, инженеры установили контрольные реперы, позволяющие регистрировать любые движения грунта. Вскоре было зафиксировано медленное латеральное оползание, но никто не придал ему особого значения. В это же время было замечено, что холм Пиннаколо, расположенный у подножья склона Маунт-Ток и выступающий в ущелье реки Вайонт, медленно наклоняется. Вращательное движение блоков известняка свидетельствовало о том, что этот холм чем-то подталкивается с юга. В октябре 1960 г. скорость движения всего склона возросла и в известняке развилась трещина. Однако после того как уровень воды в водохранилище понизился, движение прекратилось. Четвертого ноября 1960 г. за 10 мин в водохранилище обрушился небольшой оползень известняка объемом 900 000 м3, но он не был неожиданным и поэтому особой тревоги тоже не вызвал. Более сильные подвижки, наблюдавшиеся в октябре, были объяснены трещиноватостью пород, характером их залегания, сильным дождем, а также эффектом плавучести, вызванным подъемом уровня воды в водохранилище.

В октябре — ноябре 1960 г. весь склон горы Маунт-Ток ежедневно перемещался в среднем на 4,3 см, это движение продолжалось в течение 10 суток. Было установлено, что перемещение заметно ускорялось, когда водохранилище оказывалось заполненным до наиболее высокой отметки. Поэтому заполнение стали проводить этапами и под постоянным контролем, и в последующие два года эта взаимосвязь подтвердилась. К сентябрю 1963 г. общее перемещение склона Маунт-Ток, варьируя на различных участках, составило 4 м. Смещение произошло в основном как результат подвижек в те периоды, когда уровень воды в водохранилище достигал новых высоких отметок. Вот что писал в своем отчете один из инженеров: «Скорость движения обычно возрастала лишь в том случае, когда впервые увлажнялись новые объемы породы. Предполагалось, что в конце концов эта масса достигнет равновесия или же, в крайнем случае, будет перемещаться настолько медленно, что это не вызовет никаких серьезных последствий». Это предположение было частично основано на изогнутой форме оползневого массива, судя по которой можно было заключить, что рано или поздно оползневая масса стабилизируется на своем относительно пологом основании. Но делать подобные выводы в то время, когда миллионы тонн породы нависали над водохранилищем, грозя каждую минуту сорваться и обрушиться на долину, где жили тысячи людей, было большой ошибкой.

В июле 1963 г. отметка воды в водохранилище впервые превысила 690 м над уровнем моря, и склон Маунт-Ток начал двигаться быстрее. К концу сентября он уже перемещался на 3 см в сутки. Хотя это движение было не столь быстрым, как в 1960 г., оно было тревожным симптомом. Поэтому уровень воды опять понизили до 690 м. При таком уровне волна высотой 20 м (максимально возможная при медленно развивающемся оползне) не перехлестнула бы через плотину. Однако когда уровень воды понизился, склон горы все еще продолжал двигаться. Он перемещался даже быстрее, чем раньше. Первого октября животные, пасшиеся на склонах Маунт-Ток, вдруг забеспокоились и покинули район развития оползня. Они оказались более чувствительными к слабым сотрясениям грунта, чем человек. Контрольные наблюдения показали, что 8 октября весь оползающий участок уже двигался как единая масса, наследующее утро скорость движения достигла 20 см в сутки. В этот же день прошел сильный дождь, и жители деревни, расположенной ниже плотины, встревожились. Но власти не приняли никаких мер, и население эвакуировано не было,

В 10 ч 41 мин вечера 9 октября 1963 г. раздался громоподобный треск и весь склон Маунт-Ток устремился вниз в виде огромного оползня. Около 350 млн. м3 породы с шумом прокатилось вниз со скоростью 110 км/ч в сторону водохранилища, частично перенеслось через него и взметнулось на 120 м вверх по противоположному берегу. В одно мгновение дно водохранилища было покрыто слоем обломков мощностью около 400 м и уровень воды резко повысился. В восточной части водохранилища возникла волна высотой 50 м; она и нанесла значительный ущерб деревне Сан-Мартино. Но в районе, расположенном вниз по течению, положение было еще более плачевным. Волна неслась, возвышаясь на 216 м над уровнем водохранилища; к счастью, она не коснулась деревни Кассо, однако некоторые дома здесь все же были разрушены сильным порывом ветра.

Затем эта огромная волна перекатилась через плотину, которая, к чести ее проектировщиков, осталась в полной сохранности. Ни один из видевших эту волну в живых не остался, однако по размерам участка земли, на котором была уничтожена вся растительность, можно представить, что через плотину промчалась стена воды высотой более 150 м. По ущелью Вайонт пронеслось 40 млн. м3 воды, и буквально через 2 мин после обрушения Маунт-Ток паводковая волна высотой 80 м достигла долины реки Пьяве, где раскинулся город Лонгароне. В одно мгновение он был смыт с лица Земли. Практически все здания превратились в груды обломков, все население погибло. Некоторые жители окрестных деревень, услышав страшный рев паводковой волны, устремились к возвышенным участкам, но их бег был слишком медленным по сравнению со скоростью ревущего потока. Волна разрушила также лежавшие на ее пути селения Пираго, Вильянова и Ривальта. Она неслась, словно смерч. Через 15 мин волны уже не было, но долина реки Пьяве являла жуткое зрелище: она была покрыта валунами, обломками камней и строений, среди которых, как на поле брани, лежали трупы 2117 человек.

Плотина на реке Вайонт стала почти бесполезной. Оползневая масса наполовину заполнила водохранилище. Почему же на горе Маунт-Ток произошел такой сильный оползень, и можно ли было его предсказать? Элементы залегания пород, присутствие прослоев мергеля в известняках, врезание ущелья Вайонт и наличие зон трещиноватости — все это указывало на возможность оползания. Тем не менее предполагалось, что этот процесс будет медленным, а обрушение материала у подошвы оползневого склона даже усилит со временем его устойчивость. Атмосферные осадки никоим образом не влияли на зарегистрированные подвижки и не были причиной оползня. Сильный дождь, прошедший в день катастрофы, только увеличил вес неустойчивой массы породы. Заполнение водохранилища и сопровождавшие его повышения давления по-ровых вод, несомненно, способствовали медленному оползанию, которое продолжалось в течение двух лет, но они не могли иметь никакого отношения к внезапному обрушению, происшедшему 9 октября 1963 г. Уровень воды в водохранилище также не оказывал существенного воздействия на верхнюю часть оползневого массива.

Механизм внезапного движения может быть объяснен двумя причинами. После оползня было замечено, что главная плоскость скольжения сечет слоистость; иными словами, произошло срезание толщи пород, а не просто соскальзывание вдоль плоскостей напластования. Кроме того, регистрация подвижек, проведенная в одной из буровых скважин до октябрьского оползня, показала, что породы в приповерхностной зоне двигались быстрее, чем на глубине. Это может свидетельствовать о наличии разлома, который активизировался, после того как в неравномерно перемещающихся породах накопился запас энергии, достаточный для мгновенного обрушения оползневого массива. При оползании склона, несомненно, сыграло свою роль и изменение уровня грунтовых вод, которое было следствием инженерных работ при строительстве водохранилища. Но оно было лишь второстепенным фактором в этом катастрофическом оползне, который, вероятно, все равно был неизбежным и ждал лишь своего часа. Если все это так, то надо думать, что водохранилище Вайонт просто нельзя было размещать на той площади, где его построили.

 

Оползни в рыхлых породах

Неуплотненные рыхлые отложения и слаболитифицированные осадочные породы легко деформируются, даже если в них нет трещин и разрывов, обычно вызывающих обрушение твердых коренных пород. В инженерной геологии горные породы, на которых предполагается вести строительство, называются грунтами. Особая наука — механика грунтов — при помощи лабораторных опытов, а также на основании математического анализа проб грунта позволяет рассчитать устойчивость склонов, предупредить возможную опасность или разрешить имеющиеся спорные вопросы. При гражданском строительстве особенно серьезные проблемы возникают в том случае, когда осадки и породы неоднородны. Обнаружить неоднородность пород бывает нелегко. Эта неоднородность может быть обусловлена присутствием мелких трещин, незначительных структурных изменений, развившихся вкрест напластования или ранее существовавших поверхностей обрушения, которые в данный момент кажутся устойчивыми. Поверхности обрушения особенно широко распространены, хотя их и трудно обнаружить, в оползневых районах; они могут быть связаны с отложениями, образовавшимися в различных климатических условиях. Оползневые участки, подвижные в древности, при многолетней мерзлоте и современном климате могут сохранять устойчивость до тех пор, пока в районе не начнутся строительные работы; тогда движение этих участков может возобновиться. Поэтому инженер-геолог должен сделать все необходимое, чтобы не вызвать развитие новых оползней и не привести в движение старые.

В 50-х годах нашего века в одном из районов Лос-Анджелеса периодически возобновлялись проявления оползней, вызывавшие значительные разрушения. В результате судебного расследования, начатого по инициативе группы удрученных домовладельцев, ответственность за случившееся была отчасти возложена на власти округа Лос-Анджелес, которые планировали строительство зданий и дорог в этом районе. Администрация округа проиграла это дело и заплатила домовладельцам более 5 млн. долл.

Основной причиной оползней в неуплотненных горных породах обычно является отсутствие в данном грунте сопротивления сдвигу, поводом для которого может стать деятельность человека. В районе города Ментона на юге Франции вырубили оливковые деревья, чтобы создать на этом месте плантацию гвоздик, приносящих гораздо большую прибыль. Однако при этом не учли возможных последствий. В результате того что грунт потерял связующую основу, роль которой играли корни деревьев, возникли оползни, которые унесли 11 человеческих жизней.

В Чехословакии над городом Гандлова были распаханы участки склонов, которые раньше использовались как пастбища. В дождливый сезон 1960 г. неожиданно резко повысился уровень вод и склоны утратили устойчивость; 40 млн. т почвы начало сползать вниз по склону. Над городом нависла угроза. Введенная в действие аварийная дренирующая система остановила движение за два месяца, но к этому времени было разрушено уже 150 домов. У города Уайтхорс на плато Юкон в Канаде были вырублены деревья на краю 60-метровой террасы. Это также повлекло за собой обрушение склонов. После того как на месте вырубленных деревьев была расчищена площадь для строительства дороги, возникло множество оползней и грязевых потоков, обрушившихся на улицы города. Остановить их удалось лишь благодаря активной программе дренирования и возобновлению растительного покрова у кромки террасы.

Чтобы вызвать движение потенциального оползня, достаточно придать склонам, сложенным рыхлыми породами, большую крутизну. Это может быть вызвано воздействием естественных причин, например, подмывом береговых обрывов морем. В Бартоне на южном побережье Англии, где берега сложены третичными глинами и песками, часто происходят оползни, развивающиеся вследствие сдвига по плоскостям напластования пород. Многие дома, расположенные над береговым обрывом, находятся под постоянной угрозой быть разрушенными. Севернее, к востоку от города Гулль, береговая линия характеризуется быстрой эрозией, не ослабевающей со времен Римской империи. Обрывистые берега высотой до 12 м, сложенные относительно однородной валунной глиной, постоянно обрушаются здесь вследствие оползней. При этом дороги и деревни постепенно перемещаются в сторону приливно-отливной полосы.

На побережье Тихого океана к юго-западу от центра города Сан-Франциско береговые обрывы имеют высоту 120–180 м. Слагающие их пески плиоцен-плейстоценового возраста весьма неустойчивы, тем более что по северной оконечности этого оползневого района проходит активный разлом Сан-Андреас. Оползание пород в большинстве случаев происходит по относительно водонепроницаемым пластам алеврита и глины. Но на крутых обрывах пески обрушаются и сами по себе, будучи недостаточно прочными, чтобы противостоять атакам моря.1"" Проходившее здесь шоссе первоначально располагалось вдоль берегового уступа, Такое соседство всегда было чревато опасностью. С 1950 по 1957 г. шоссе закрывали 17 раз, в общем на 174 дня, чтобы устранить повреждения, нанесенные оползнями. После же землетрясения 1957 г. движение по шоссе было совсем прекращено. Несмотря на то что на береговых обрывах оползни происходят очень часто, городское строительство до последних лет велось совсем близко от их кромки, и сейчас дни многих домов в городе сочтены.

В 1907–1914 гг., когда Соединенные Штаты вели строительство Панамского канала, в его стенах произошло несколько оползней. Для участка Гайллард-Кат, проходившего через водораздел, первоначальный проект был составлен лишь на основании топографической съемки. Было решено расположить стены в виде террас под углом 56° к горизонтали. Но по мере ведения земляных работ выяснилось, что делать стены выемки под таким углом можно только в вулканических породах, а в выходящих на поверхность осадочных породах это грозило бы катастрофой.

Еще хуже обстояло дело с рыхлыми, несцементированными осадками свиты Кукарача третичного возраста. Эти сланцы с прослоями песчаников и конгломератов обнажались в широкой синклинали, через которую должна была пройти трасса будущего канала. Породы оказались очень рыхлыми и постоянно обруша-лись. Кроме того, было замечено, что вся свита Кукарача движется по поверхности подстилающих известковых песчаников. Был обнаружен ряд участков, где это движение продолжалось в течение многих лет. Площадь самых крупных из них, а таких было три, превышала 300 м2. Все попытки укрепить стены будущего канала оказались тщетными. Сваи были просто-напросто смыты, а свободное дренирование поверхностных вод практически не уменьшало вес неустойчивых масс. Оползни продолжали двигаться, и из русла канала приходилось постоянно удалять накапливавшийся там обломочный материал. В настоящее время наклон стен канала сделан равным 11° вместо запланированных 56°, и оползневая зона отстоит от канала по меньшей мере на 300 м. Но уровень грунтовых вод и поныне не приведен в полное соответствие с уровнем воды в канале, поэтому возобновление оползневых движений вполне возможно.

Исследования показали, что в районе Панамского канала можно было различить три типа оползней. Первый — это поверхностное смещение обломочного материала, которое имеет незначительные масштабы и особого беспокойства не причиняет. Ко второй группе относятся крупные оползни, скользящие по плоскостям напластования пород. Третий, наиболее распространенный, тип оползней приурочен к подошве глинистых отложений свиты Кукарача; эти оползни сопровождаются вращательными движениями и вызывают поднятие и смещение дна канала. Если бы американские инженеры располагали сведениями, которые дает современный уровень знаний, им удалось бы предсказать возможные оползни и спланировать затраты более рационально, чем это было сделано при проектировании канала.

Изучение устойчивости склонов, сложенных глинами, дает ключ к прогнозированию оползней, подобных панамским. Если угол наклона таких откосов составляет от 7 до 12°, оползневые движения со временем прекратятся. Разные значения угла обусловлены геологическими факторами, например содержанием в породе зерен того или иного размера либо состава. Более древние породы обычно более устойчивы, но при лабораторных исследованиях проб грунта необходимо определить сопротивление сдвигу и проверить, действительно ли это так в данном конкретном случае. С течением времени в породах могут происходить медленные структурные изменения. Экспериментально может быть, например, установлено, что изучаемая глина имеет максимальное сопротивление сдвигу на стадии первоначальной деформации, но по мере того как деформация усиливается, сопротивление породы постепенно уменьшается, переходя в так называемое остаточное сопротивление сдвигу. Это объясняется главным образом перемещением зерен, слагающих породу, и изменением общего объема пор. Знание подобных изменений очень важно, когда мы имеем дело с глинами, так как оно позволяет судить о том, в каких случаях может произойти обрушение склона.

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.

Сотни оползней течения были отмечены в неуплотненных песках на побережье острова Зеландия, находящемся во владении Дании. Оползни здесь наблюдаются в основном при полной ^оде и в прилив. Пески, первоначально имеющие поверхностный наклон около 10°, обычно стабилизируются, когда наклон откосов достигает 3–4°. Повышенное содержание воды явилось также причиной образования множества обломочных и грязевых потоков в районе города Санта-Моника на юге Калифорнии во время сопровождавшихся ливнями ураганов в январе 1969 г. Оползни развивались на крутых склонах гор, окружающих многочисленные деревни, расположенные в столь привлекательном, но опасном для строительства жилых домов месте. Вполне типичным был оползень в каньоне Топанга. Он произошел в самый разгар бури, начался на склоне около 40°, совершенно неожиданно устремился вниз, и его грязевой поток поднялся выше крыш домов; при этом три человека погибли.

Оползень, который начинается как относительно безобидное перемещение блоков породы, может под воздействием рассмотренных выше факторов внезапно стать стремительным и опасным. Разжижение осадков может произойти, если верхняя часть оползневой массы сдавит подошву оползня настолько, что там поднимется давление воды в порах пород. Малые размеры пор и действующие в них силы поверхностного натяжения будут при этом способствовать сохранению текучей консистенции грунта. В 1938 г. это послужило основной причиной катастрофического обрушения плотины Форт-Пек, которая в то время возводилась через реку Миссури в штате Монтана. Это была намывная плотина, тело которой образовали мелкий песок и алеврит, заполнившие пространство между двумя стенами из более грубозернистого песка. Строительство уже было почти завершено, и вдруг плотина обрушилась. Развился огромный оползень течения, и 10 млн. м3 материала, из которого была сооружена плотина, размылись по строительным площадкам. За 3 мин оползень переместился на несколько сотен метров и разжиженная масса поглотила множество разной техники, а также 80 рабочих.

Позднее утверждали, что оползневое обрушение вначале произошло в сланцах, которые являлись фундаментом плотины. Это вызвало смещение находящейся под фундаментом насыпи из грубозернистого песка, что в свою очередь сделало возможным смещение и разжижение мелкозернистых алевритов в ядре плотины. С учетом того что последовательно проявились скольжение в сланцах и разжижение песка, после катастрофы плотина была построена заново, на этот раз с более мощной внешней песчаной оболочкой и уплотненной внутренней засыпкой.

Разрушительные оползни течения могут возникнуть и в накапливающихся на склонах вулканогенных образованиях. Быстро отлагающийся вулканический пепел дает крупные грязевые потоки, когда сложенные этим материалом склоны насыщаются дождевой водой. Самой известной и ужасной по своим последствиям подобной катастрофой явилась гибель города Геркуланум: в 79 г. н. э. со склонов Везувия сорвался пропитанный влагой пепел и обрушился на город в виде громадного грязевого потока. Город вместе с населением был обречен.

Не менее страшны и разрушительны потоки любого обломочного материала вулканического происхождения. Так, в 1953 г. на вулкане Руапеху в Новой Зеландии обломочный материал был подхвачен весенней паводковой водой. Образовался грязевой поток огромной разрушительной силы. Этот поток промчался вниз по реке Уонгеху и смыл железнодорожный мост Танджива за две минуты до того, как по нему должен был пройти поезд. Поезд сорвался с разрушенного железнодорожного пути, и погибло 154 человека.

Почти такую же опасность таят в себе создаваемые человеком отвалы пород близ шахт и карьеров. Несмотря на то что эти отвалы обычно сооружаются под углом естественного откоса и на сухом основании, все же обрушения в результате смещения насыщенного водой и разжиженного обломочного материала происходят довольно часто. Обычно они незначительны по своим масштабам и потому особых бед не ^причиняют. Но оползни больших отвалов в рудничных поселках иногда приводили к крупным катастрофам.

В 1966 г. обрушился террикон, расположенный над шахтерской деревушкой Аберфан в Уэльсе. Теперь это название известно всему миру и упоминается во многих книгах по инженерной геологии. Эту катастрофу помнят потому, что она унесла 144 человеческие жизни. Среди погибших было 109 детей — учащихся деревенской начальной школы. Печальная известность этого события отчасти связана также с длительными дебатами, которые по поводу того, что послужило причиной оползня "и кто жен нести за него ответственность.

Аберфан расположен в Уэльсе на дне долины Тафф-Вейл, жягаей на 300 м ниже образованного карбоновыми песчаниками то Пеннант Здесь выходят на поверхность промышленные каменноугольные пласты; действует много угольных шахт, и постоянно возникает проблема отгрузки пустой породы. Отвалы вольной шахты Мертир-Вейл были размещены на не защищенной S ветра верхней части долины — как раз над деревней Аберфан я примерно на 100–200 м выше нее по склону, имеющему уклон 13° Эти склоны сложены массивным песчаником, относящимся к Аоомации Бритдир, которая является самым нижним литологи-ческим подразделением серии Пеннант. Песчаники пересечены множеством трещин, обусловливающих высокую водопроницаемость породы. Песчаник падает под углом 5° на юго-восток и перекрывает непродуктивный угольный пласт Бритдир, залега-ющий в свою очередь на водонепроницаемых глинах. На верхней части склонов наблюдаются маломощные перигляциальные отложения, представленные песчаниками и глинами, а вдоль нижней их части протягивается горизонт моренных глин, выполняющих также и дно долины. Характерной особенностью местности яв-пяется обилие мелких источников; многие из них сконцентрированы либо вдоль выходящей на поверхность подошвы водопроницаемого песчаника Бритдир, либо, если этот песчаник перекрывают водонепроницаемые моренные глины, — вдоль верхней границы глин.

Отвалы над деревней Аберфан появились еще в 1918 г., и пока росли отвалы под номерами 1, 2 и 3, никаких проблем не возникало В 1939 г. обрушился очень похожий на них отвал в поселке Силфинидд, расположенном в 8 км к югу. Образовавшийся оползень течения промчался 400 м вниз по склону, имевшему уклон 10°, со скоростью около 16 км/ч и покрыл дорогу Кардифф — Мертир 6-метровым слоем обломков (кстати, то же самое повторилось 27 лет спустя). К счастью, ни один человек не пострадал, и об этом случае вскоре забыли. Между тем отвалы породы в деревне Аберфан продолжали расти. Отгрузка породы на отвал 4 была начата в 1933 г. Этот отвал располагался на участке, где имелось несколько источников и мокнущих зон, питаемых из песчаников Бритдир. В 1944 г. отвал 4 также обрушился. При этом произошло смещение пород и возник оползень течения, но жертв, к счастью, не было.

Отвал 5 был размещен над открытой дренажной канавой. В 1956 г. в нижней части этого уже заброшенного отвала образовался угрожающий выступ, однако оползня не произошло. Отвал 6 находился на сухом грунте в северной части участка и выглядел вполне устойчивым, но его пополнение было прекращено после того, как основание отвала наползло на территорию соседней фермы. В 1958 г. начали формировать новый отвал — 7. Для него было отведено, казалось бы, очень удобное место — между двумя другими терриконами, хотя и здесь на дневную поверхность выходило несколько источников. В отличие от других отвалов, в отвал 7 кроме обломков пустой породы сгружали около 10 % материала так называемых «хвостов» — мельчайшего шлама, представлявшего собой отходы обогатительной фабрики. Это значительно понижало общую водопроницаемость отвала.

Отвал 7 впервые обрушился в 1963 г. Поначалу произошел небольшой оползень течения. Однако никто не обратил внимания на это зловещее предзнаменование, и пустую породу продолжали сгружать прямо в расселину, образовавшуюся вследствие оползня. Не было принято практически никаких мер предосторожности против повторения этого явления, за исключением одной: хвосты в отвал больше не сбрасывали. Весь «надзор» за этим районом сводился к тому, что его изредка посещали ответственные за безопасность горных работ лица, которые из-за своей недостаточной квалифицированности ограничивались поверхностным осмотром объектов.

Начиная с 1963 г. обеспокоенные жители деревни стали обращаться в Государственное управление угольной промышленности. В итоге переписки управление признало, что в районе действительно существует потенциальная опасность оползания отвалов. Но занимавшиеся этим вопросом чиновники решили, что любое смещение пород должно происходить достаточно медленно и поэтому в случае опасности население удастся заблаговременно предупредить об эвакуации. Никаких специальных мер предпринято не было, и лица, ответственные за состояние отвалов, продолжали пребывать в полном неведении. Они не знали даже того, что было известно местной детворе, фермерам и рабочим, производившим разгрузку породы и давно знавшим, что отвал 7 неуклонно расползается, перекрывая все новые и новые водные источники. Государственное управление угольной промышленности словно забыло о том, что обычно происходит с такими насыщенными водой отвалами.

В течение всего 1966 г. склон отвала 7 неоднократно оседал. В 7 ч утра 21 октября 1966 г. склон резко опустился на 3 м. Разгрузку породы прекратили, технику убрали, было послано предупреждение вниз — в шахту. Никто даже не предполагал, какая угроза нависла над деревней. В 9 ч утра отвал погрузился еще на 3 м, а 10 мин спустя в его основании возник оползень течения." Сначала он двигался медленно, но постепенно набрал скорость и помчался вниз по склону со скоростью 15–30 км/ч, грохоча, как скорый поезд, и направляясь как раз в сторону деревни. Промчавшись 600 м, оползневая масса разрушила два дома на ферме, затем пересекла канал и железнодорожный путь и погребла край деревни под 10-метровым слоем обломочного материала.

Оставшиеся в живых рассказывали, что на деревню надвигалась волна черной грязи. Разжиженные осадки были в 2 раза плотнее воды. Внешние края потока состояли из почти сухого обломочного материала, но в основном поток представлял собой жидкую взвесь, достаточно густую и тяжелую, чтобы разрушать здания, и одновременно достаточно текучую, чтобы заполнять все пустоты пространства. Несколько человек убежали от потока, некоторым удалось спастись, укрывшись в защищенных местах, где они оставались до тех пор, пока не были отрыты спасателями. Погибло 144 человека, в том числе ученики начальной школы Пантглас, на которую оползень обрушился со всей силой и залил ее почти мгновенно до самого фронтона. К несчастью, все дети были на утреннем собрании в этом здании, обреченном на гибель, и никому из них не удалось спастись.

Для зарождения классического оползня течения необходимо совпадение целого ряда геологических и гидрогеологических особенностей. Именно это и случилось в районе отвала 7. Отвал был насыщен водой, особенно в своей нижней части, где располагались многочисленные источники, питавшиеся из водоносных песчаников Бритдир. Присутствие в отвале хвостов заметно уменьшило водопроницаемость самого отвала, что способствовало сохранению текучести оползневых пород. Поверхность происшедшего вначале обрушения пород (подобные движения часто возникают на отвалах), по-видимому, совпала с той поверхностью, которая образовалась во время подвижек в 1963 г. Затем в результате разуплотнения частиц в породе произошло ее разжижение и образовался оползень течения. Плотность сухого обломочного материала в отвале составляла 1,5 г/см3, а в материале, отложившемся после оползня, повысилась до 1,85 г/см3. Стало быть, исходный материал обладал способностью значительно изменять свой объем, что указывает на его высокую чувствительность и потенциальную склонность к разжижению.

Кроме того, во время первого вращательного обрушения подстилавшая отвал валунная глина была удалена с коренной породы, вследствие чего погребенные грунтовые воды могли поступать из водоносного песчаника прямо в подошву отвала. Сток воды из песчаника усилился еще и потому, что в результате оседания поверхности над подземными горными выработками в этом районе образовались две зоны сжатия — к северу и к югу от комплекса отвалов. Существование этих зон также способствовало повышению напора грунтовых вод. Значительное количество этих вод вышло на поверхность, и в средней части оползня возник грязевой поток.

Поскольку причины оползня в Аберфане известны теперь достаточно хорошо, встают вопросы, можно ли было предсказать и предотвратить этот оползень и как избежать повторения подобной катастрофы в других местах.

Как выяснилось в ходе официального расследования, степень рыхлости грунтов в отвалах у Аберфана вообще не учитывалась. Такие фразы, как «восемь лет безрассудства и халатности» и «абсурдные действия», произносившиеся при анализе катастрофы, были вполне справедливой критикой в адрес владельца отвала — Государственного управления угольной промышленности. Были нарушены практически все основные правила техники безопасности. Отвал просто разместили на том участке, который был в то время свободен, при этом геологические и гидрогеологические условия абсолютно не учитывались. Не было обращено никакого внимания на обилие источников, несмотря на то что они были хорошо заметны на поверхности, известны местным ребятишкам и фермерам и даже четко обозначены на всех опубликованных картах.

Официальные лица, на которых была возложена ответственность за создание отвалов, оказывается, не знали о том, что отвалы можно располагать лишь на хорошо дренированном грунте. На опубликованную в 1927 г. статью, в которой говорилось о возможности оползней в районах развития песчаников Бритдир и валунных глин, тоже не обратили внимания. Не придали также никакого значения отчетам, изданным в 1939 и 1965 г., в которых отмечалось, что оползень течения в Силфинидде произошел почти в таких же геолого-гидрогеологических условиях, которые наблюдаются в Аберфане. Аэрофотоснимки, сделанные в 1963 г., где хорошо была видна начавшаяся деформация склонов, тоже не возбудили опасений. Много только говорилось о необходимости принять меры противооползневой защиты, но никаких действий в этом направлении не предпринималось. Власти не придали значения и предупреждениям, в которых сообщалось об уже имевших место обрушениях отвалов в районах Силфинидда и Аберфана.

Уроки Аберфана несомненны и состоят в следующем. Прежде всего, необходимо проводить обязательные предварительные исследования для определения гидрогеологической обстановки на участках заложения отвалов. Следует также осуществлять постоянный контроль за состоянием отвалов, оценивая при этом водопроницаемость материала, слагающего отвалы, и смещения грунтов. Необходим и обязательный лабораторный анализ чувствительности пород. Не может быть никаких оправданий, если аберфанская катастрофа повторится. После 1966 г. было введено специальное законодательство, предусматривающее все перечисленные меры. Но уже ничто не сможет вернуть к жизни учеников Пантгласской начальной школы.

 

Контроль над оползнями и их прогноз

Для предотвращения катастроф необходимо детально исследовать участок и знать его геологические условия. Потенциально опасные зоны можно уверенно выделить, если геологические условия известны достаточно хорошо и определены структуры, где 102

Могут развиваться и, возможно, развивались в прошлом оползни. Основная проблема — установить степень опасности, т. е. вероятное время наступления катастрофы и ее масштабы. Число жертв могло бы быть гораздо меньше, если бы люди всегда старались селиться подальше от опасных зон.

Первоочередная задача при прогнозе оползней — выявить места присутствия старого обломочного оползневого материала, независимо от того образует ли он огромные скопления или изредка встречается в полуустойчивых, наблюдающихся начиная с плейстоцена солифлюкционных конусах выноса (солифлюкция — это движение насыщенного водой почвенного материала, происходящее быстрее, чем оползание грунта, но медленнее, чем течение жидкости). Визуально при наземных исследованиях оползневый материал не всегда бывает легко определить. Однако на аэрофотоснимках контуры оползневых участков и их бугристая поверхность проявляются характерным и очень четким рисунком. Этот диагностический признак весьма важен для изучения площадей, где происходят оползни, и для выявления новых потенциально оползнеопасных зон или участков. Лабораторными исследованиями можно определить сопротивление сдвигу и, следовательно, устойчивость однородных грунтов; параметры чувствительности и проницаемости изучаемых грунтов позволяют судить об их способности к разжижению.

Дело осложняется тем, что обрушение нередко происходит не в массе однородного материала, а на поверхностях раздела пород, имеющих разную плотность. Поэтому определить сопротивление сдвигу в лабораторных условиях иногда бывает затруднительно. Однако знание литологических особенностей пород, углов склонов, характера дренажа и течения подземных вод, а также опыт, накопленный при исследовании ранее произошедших оползней, — все это помогает дать полуколичественную оценку оползневой опасности любого участка. Основанные на этих параметрах районирование и выявление зон, где потенциально возможны оползни, в настоящее время с успехом используются при планировании и проведении строительных работ. Выделение участков, наименее благоприятных для застройки, позволило, например, заметно сократить урон, наносимый современным зданиям в оползневом районе Лонсестон на острове Тасмания. В районе города Санта-Моника в Калифорнии с учетом измерений физических свойств, таких как уклоны, сопротивление сдвигу и проницаемость, прогнозируются интервалы повторяемости оползней для каждой точки местности. Этот метод пригоден для неглубоких" обломочных оползней, причиной которых являются кратковременные изменения уровня подземных вод.

Еще одним методом контроля над оползнями служит постоянная регистрация движений склонов с целью предсказания любого внезапного, быстрого их обрушения. Поскольку неожиданному оползневому обрушению склона почти всегда предшествует медленное оползание, происходящее на протяжении достаточно длительного периода времени, этот метод приносит большую пользу. Особенно важно применять его в районах, где при гражданском строительстве создаются откосы, более крутые, чем естественные углы склонов, и таким образом автоматически вводится элемент неустойчивости. Масштабы этой опасности были наглядно продемонстрированы в 30-х годах нашего века, когда за три года в мире произошло 13 обрушений железнодорожных выемок, в результате которых погибло 227 человек. И хотя система постоянного контроля обходится недешево, она вполне оправдывает себя.

Методы обнаружения движений склона представляют собой комплекс исследований, включающий периодическую съемку между опорными реперами, регистрацию шумов в породах (т. е. вибраций, вызванных деформациями), измерение скорости распространения сейсмических волн с целью определения деформаций, связанных с изменением объема пород. При этом используются такие приборы, как экстензометры, инклинометры для буровых скважин, штанговые тензометры и пьезометры для грунтовых вод. Особенно полезно устанавливать инклинометры в неглубоких буровых скважинах на краях неустойчивых склонов, так как их можно вмонтировать в автоматические системы оповещения, которые приводятся в действие, как только оползание склона превышает заданный предел.

Любое ускорение движения и признаки деформаций, связанных с изменением объема, можно обычно считать симптомами надвигающегося обрушения. Но надо еще установить, когда это обрушение произойдет. На основании опыта удавалось достаточно точно предсказывать некоторые обрушения склонов в крупных открытых карьерах. Однако выполнять прогноз на участках, сложенных разнородными грунтами, трудно, если нет надежных сравнительных данных. Например, зарегистрированное движение склонов горы Маунт-Ток не дает должных количественных характеристик, чтобы можно было предусмотреть оползень на реке Вайонт. В 1969 г. в Японии проводился эксперимент по контролю движений склона. Для этого склон был специально насыщен водой, но оползень начался раньше, чем ожидалось, и в результате погибло несколько наблюдателей. Этот случай наглядно свидетельствует о том, что устойчивость склона невозможно предсказать точно. Тем не менее современный уровень знаний все-таки позволяет-'избежать повторения некоторых всемирно известных катастроф.

Строительные работы обычно влекут за собой увеличение крутизны склонов. Даже в том случае, когда строительство ведется с учетом результатов лабораторных исследований грунтов, реальные критические углы склона часто удается выявить лишь на самом объекте в естественных условиях. Устойчивость склона может быть повышена при тщательном поверхностном и подземном дренировании. В небольшом масштабе можно применять такие методы, как регулирование нагрузок на грунт, установка штанговых крепей для фиксирования трещин, инъекция цементного раствора и даже забивание свай, если это не нарушит «чувствительные» глины. В каждом конкретном случае необходима соответствующая комбинация методов. Потенциальную опасность разжижения глин удается иногда устранить, подвергнув их сжатию в условиях искусственной вибрации. Сцепление глинистых частиц может быть также усилено путем замещения натрия кальцием в их структуре. Этот метод успешно используется в настоящее время, хотя следует иметь в виду, что удаление натрия может повысить чувствительность некоторых морских глин.

Если эти средства не подходят и можно гарантировать, что внезапного крупного обрушения не произойдет, следует, очевидно, смириться с проявлениями незначительных оползней. Итальянские инженеры используют при дорожном строительстве кратковременную устойчивость некоторых природных материалов. Вместо проходки туннелей они создают выемки с крутопадающими стенами, прокладывают открытым способом будущую дорогу, а затем, когда трасса и перекрытие туннеля готовы, засыпают их сверху. Это оказывалось экономически более выгодным, чем сооружение туннеля способом подземной проходки или чем создание открытых выемок с очень пологими склонами.

Если мелкие оползни, возникающие при строительных работах, можно ликвидировать путем забивания свай или полной выемки породы, то более крупные оползни можно лишь стабилизировать при помощи одной из форм дренажа. Поверхностное дренирование осуществляется канавами, расположенными либо по периферии оползнеопасной площади, либо в одну линию непосредственно на оползневом участке. Подземное дренирование проводится путем проходки штолен или бурения горизонтальных скважин с перфорированными обсадными трубами. Однако эти виды дренирования не годятся для таких грунтов, как относительно непроницаемые глины и алевриты. Поэтому для стабилизации оползня в мокрых глинах его требуется предварительно осушить. Для этого используют метод электроосмоса, который успешно практиковался в «чувствительных» глинах Норвегии и Канады, либо нагнетают в скважины горячий воздух, что впервые было применено в Калифорнии в 1932 г. Хорошо известен также метод стабилизации оползня замораживанием. Однако замораживание ''увлажненных осадков приемлемо лишь на короткий период, его удобно использовать, например, для создания временных выработок при строительстве. Во всем мире для борьбы с оползнями наиболее широко и успешно применяются сравнительно несложные методы, дренирования. Оползень отвала в городке Пентре (долина реки Рондда, Уэльс) в 1916 г. был остановлен при помощи поверхностной и подземной систем дренажа, удалявших ежесекундно около 0,056 м3 воды.

В районе Сиез-Пойнт на севере Калифорнии в 1950 г. произошло несколько оползней в неуплотненных осадках вдоль дорожной выемки протяженностью 450 м. Оползни удалось стабилизировать с помощью пробуренной дренажной сети длиной около 2 км, а также путем искусственного уменьшения наклона выемки. Канавы, скважины и штольни дренировали оползни в Гандлове (Чехословакия), благодаря чему их движение через два месяца было остановлено. Все эти оползни были, по счастью, небольшими. Более крупные оползни, к сожалению, контролировать труднее, и инженерам-строителям почти беспрестанно приходится с ними бороться.

К востоку от Фолкстона на юго-восточном побережье Англии под высокими меловыми утесами протягивается пересеченная местность, известная под названием Уоррен. Оползни на этом участке начались несколько тысяч лет назад и продолжаются до сих пор. Оползневый участок Уоррен представляет собой зону шириной около 360 м и высотой над уровнем моря от 15 до 45 м, которая прослеживается на расстояние более 3 км вдоль побережья. Нижней границей этой воны является невысокий береговой обрыв, а другой край обращен в сторону системы Хай- Клифф — сложенных белым мелом утесов, возвышающихся на 100–120 м.

Геология района Фолкстон — Уоррен очень проста. Мощность мела в утесах Хай-Клифф составляет более 150 м. Подстилает эту толщу гольт — крепкие переуплотненные серые глины мощностью от 40 до 50 м, залегающие в свою очередь на водопроницаемых песчаниках. В разрезе встречаются также тонкие, иногда водоносные, прослои мергелей и песчаников, но они не оказывают никакого влияния на оползни в зоне Уоррен. Вся толща падает под углом около Г на северо-восток. В западной части зоны крутой меловой откос обращен в сторону материка, а в восточной части контакт мела и гольта располагается ниже уровня моря и, находясь в условиях постоянной влажности, не оказывает влияния на устойчивость пород.

В 1765 и 1800 г. в зоне Уоррен были зарегистрированы крупные оползни, однако они не причинили ущерба. Об опасности вскоре забыли и не учли ее при сооружении железнодорожной линии Фолкстон — Дувр, которая была проложена вдоль зоны Уоррен. Движение поездов по этой линии началось в 1844 г. Она может служить классическим примером того, где не следует прокладывать железную дорогу. Проектировщики просто не понимали, насколько опасен выбранный ими район, но отчасти их можно оправдать тем, что другого варианта у них не было: рельеф мела Дауне исключал всякую возможность строительства железной дороги во внутриматериковых районах, а прокладывать 6-километровый туннель, чтобы обогнуть зону Уоррен, было бы слишком долго и дорого. К настоящему времени успешные работы по борьбе с оползнями устранили необходимость постройки обходного туннеля. В 1934 г., когда возникла угроза оползня и народ пребывал в панике, распоряжение о строительстве туннеля было дано, но его проходка так и не была начата.

За два столетия в этом районе было зарегистрировано более 30 крупных оползней, причем те из них, которые произошли после 1844 г., изучались достаточно детально. В 1877 г. случился крупный оползень, вследствие чего обрушился туннель Мартелло. Поездов в туннеле, к счастью, не оказалось. Не столь удачливы были пассажиры поезда, проследовавшего по этой дороге в декабре 1915 г., тогда здесь произошел сильнейший оползень, который сбросил состав с железнодорожного пути. При этом почти вся зона Уоррен переместилась в виде одного массивного блока. Верхний уступ съехал почти вдоль всего основания системы Хай-Клифф. Железнодорожный путь сместился на 50 м в сторону моря, опустившись на 6 м. В результате подвижки донных грунтов образовался мыс, который выдается в море на 400 м. Обломки пород, упавших с утесов Хай-Клифф, засыпали часть железнодорожного пути. В полотне дороги внезапно возник уступ высотой 5 м. При этом южным краем оползневой массы был настигнут поезд и произошло крушение. Движение на линии было восстановлено лишь в 1919 г., что в известной мере вызывалось потребностями военного времени. Во время оползня 1937 г. в облицовке туннеля Мартелло образовались трещины, но ни этот оползень, ни последующий, произошедший в 1940 г., не привели к особым разрушениям железнодорожного полотна.

Оползневое движение зарождается вдоль трещин растяжения, почти параллельных фронту обрывов, где образуются изогнутые поверхности скольжения. Породы при своем движении сначала опрокидываются назад, закрывают трещину растяжения и временно сдавливают коренной массив, а затем, через некоторое время, соскальзывают.

Более широко распространены в зоне Уоррен крупные многократные вращательные оползни, развивающиеся преимущественно в гольтских глинах. Эти оползни зарождаются в зоне глин, обогащенной монтмориллонитом, для которой характерно гораздо более низкое сопротивление сдвигу, чем это наблюдается в вышележащих богатых кальцитом слоях. Происхождение оползней подтверждается наличием в керне скважин штриховатых поверхностей скольжения, приуроченных к одному из горизонтов глин, тогда как за пределами района Уоррен на том же самом уровне зеркала скольжения в глинах отсутствуют. В 1915 г. произошел оползень именно такого типа.

К третьему типу относятся гораздо более мелкие оползни вращения, развивающиеся на внешнем крае зоны Уоррен. Они вызвали смещение пород в 1937 и 1940 г. Этот тип оползней обусловлен эрозией и подмывом береговых утесов. В третичное время гольтские глины были погружены на значительную глубину, где подвергались давлению до 4000 кПа. Но и в настоящее время эффект снятия давления не наблюдается, поскольку эти породы перекрыты толщей мела. Гольтские глины, свободно перемещаясь по рыхлому, богатому монтмориллонитом горизонту в сторону своего эродированного на береговом обрыве края, порождают развитие горизонтальных плоскостей сдвига под зоной Уоррен. Движение глин также способствует раскрытию трещин в меле, по которым внешние блоки породы откалываются от главного массива. Оползанию благоприятствует временное увеличение давления поровых вод в сместившихся массах. Все вращающиеся оползни, зарегистрированные после 1844 г., произошли в период с декабря по март — в сезон наивысших пьезометрических уровней, которые в иное время располагаются ниже поверхности земли — в сместившемся меле и глине. В свободно дренируемом меле подобной связи оползней с длительными изменениями уровня воды не наблюдается. Не отмечается корреляции и с высотой поверхности воды в нижележащем песчанике, которая обычно близка к уровню моря.

Много полезной информации о естественных поверхностях оползания и гидрологии в зоне Уоррен дала всесторонняя и хорошо спланированная программа буровых исследований, которая позволила осуществить конструктивный подход к проблеме укрепления этого участка. Уже в 1896 г. было начато строительство защитных сооружений в море — бун и галечных молов. Целью этих мероприятий было свести к минимуму процессы эрозии, но особым успехом они не увенчались, поскольку не устраняли основную причину оползней. Несомненно, очень важным процессом явилось дренирование оползневых участков. Хотя дренирование начали сразу после оползня 1877 г., масштабы этих работ были недостаточны, и большую часть дренажных сооружений разрушил оползень 1915 г. В дальнейшем дренажная система была восстановлена, и число канав и штолен заметно возросло. В настоящее время вдоль зоны Уоррен штольни заложены через каждые 200 м. Штольни начинаются примерно в 7 м над уровнем моря, некоторые из них заходят под зону Уоррен более чем на 240 м. Кроме того, после 1948 г. вдоль приливно-отливной полосы были построены огромные бетонные укрепления.

Об успехе мероприятий по борьбе с оползнями можно судить по резкому сокращению числа подвижек в течение нынешнего века. Катастрофа 1915 г. послужила примером того, что может произойти, если не обращать внимания на неблагоприятные геологические условия. Более же поздние события в районе Фолкстон-Уоррен показали, как детальное изучение и знание геологии помогают успешно решать эту проблему.

 

Будущее

Аберфан, Вайонт, Франк, Николе — вот названия тех мест, где произошли четыре печально известных оползня, унесших 2340 человеческих жизней. Каждый оползень детально изучался, причины этих катастроф выяснены. Но послужило ли это должным уроком?

Возможно, самым известным и в некотором смысле самым ужасающим был оползень в Аберфане. Сообщение об этой катастрофе распространилось по всему миру с быстротой молнии. Последовал ряд официальных отчетов, были внесены изменения в методику изучения оползней, проведены повторные исследования. Отвалы всех шахт в Соединенных Штатах были проверены на потенциальную неустойчивость. В связи с тем что причиной катастрофы в Аберфане была насыщенность обломочного материала водой, в конце 1966 г. с особой детальностью был изучен отвал в Буффало-Крик (Западная Виргиния). Этот отвал служил плотиной, запруживающей небольшой водоем; выяснилось, что отвал относительно безопасен.

Но память человеческая, по-видимому, коротка. Три года спустя в Буффало-Крик стали сгружать пустую породу на новом участке, покрытом сырым шламом. Этот террикон достиг такой высоты, что за ним образовалось небольшое озеро. Каким бы невероятным это ни казалось, но сток из озера осуществлялся путем просачивания воды через породу отвала. 26 февраля 1972 г. на фронтальной стенке этой запруды развился крупный оползень. Вода перелилась через сохранившуюся часть отвала, быстро размыла его, и огромная волна устремилась вниз по долине. В ее водах утонуло 118 человек. Основная причина обрушения этого отвала-запруды заключалась в том, что он состоял из несцементированной, насыщенной водой породы, в связи с чем внутри отвала образовалось довольно высокое давление. Несмотря на то что характер разрушений при наводнении в Буффало-Крик был несколько иным, чем при оползне в Аберфане, причины катастрофы были практически одинаковыми. А ведь в Буффало-Крик она произошла на 6 лет позже, чем в Аберфане.

Весьма печально, что, даже зная о прошлых бедствиях, человек из-за своего безрассудства ставит под угрозу жизни своих собратьев. Уже через месяц после оползня в городке Франк, случившегося в апреле 1903 г., жители вернулись в свои дома и горные работы, послужившие причиной катастрофы, были возобновлены. Лишь 8 лет спустя, после многочисленных предупреждений об опасности шахта была окончательно закрыта. Абсолютно такой же оползень течения, как в Николе, произошел 16 лет спустя в районе Сен-Жан-Вьянней; жертвами его стало более 30 человек.

Многие склоны гор имеют сейчас такую же геологическую структуру, какая была у гор, в прошлом катастрофически обрушившихся. Уровень развития техники позволяет человеку контролировать по крайней мере некоторые потенциально опасные оползни, как это показали нам события в зоне Фолкстон-Уоррен.

Сколько же людей еще погибнут при оползнях в будущем — сотни, тысячи? Проблема отчасти заключается в следующем: хотя специальные геологические исследования помогают обнаружить многочисленные потенциальные оползни, механизм возникновения которых нам теперь уже известен, эти работы требуют значительных затрат материальных средств и времени. Но неужели человеческая жизнь не стоит этого? Сотни тысяч людей живут и трудятся под крутыми склонами гор, ничего не зная о том, что им грозит. Порой они даже убеждены, что «их» склон горы — устойчивый, и потому не предпринимают никаких мер безопасности. К сожалению, некоторые из них ошибаются. А ведь оползни нередко бывают роковыми.