Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

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.

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.