Osuwiska definicje i rodzaje

Transkrypt

1 Piotr Jermołowicz Inżynieria Środowiska Szczecin Osuwiska definicje i rodzaje Osuwiskiem nazywamy nagłe przemieszczenie się mas ziemnych, w tym mas skalnych podłoża i powierzchniowej zwietrzeliny spowodowane zjawiskami zachodzącymi w przyrodzie i okolicy, np.: wzrostem wilgotności gruntów podłoża spowodowanym długotrałymi i intensywnymi opadami lub roztopami, budową geologiczną, działalnością człowieka ( podkopanie stoku lub jego znaczne obciążenie poprzez zabudowę), podcięcie stoku przez erozję, np. w dolinie rzecznej lub w zakolach, wibracje związane z robotami ziemnymi, ruchem ciężkich pojazdów, eksplozjami, trzęsienia ziemi. Jest to rodzaj ruchów masowych, polegający na przesuwaniu się materiału wzdłuż powierzchni poślizgu, połączone często z obrotem. Procesy te zachodzą pod wpływem siły ciężkości. Osuwiska są częste na obszarach, gdzie warstwy gruntów przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych występują naprzemiennie. W literaturze geologicznej, geomorfologicznej i geotechnicznej istnieją liczne, różnorodne opisy i klasyfikacje dotyczące grawitacyjnego przemieszczania skał i gruntów w dół zbocza. Stan ten wynika z wieloletniego okresu analiz i badań tych zjawisk. Współcześnie używana terminologia jest często niejednoznaczna i to nie tylko w naszej ale i anglojęzycznej literaturze. Pojęcia landslide oraz mass movement używane są często zamiennie. Podobne spostrzeżenia można poczynić także w odniesieniu do naszej literatury. Niektóre terminy jak np. obsuwisko stały się archaizmami i wyszły z użycia, ale określenie usuwisko widoczne jest jeszcze na starszych znakach drogowych. Osuwisko jako wyrażenie dominuje obecnie w literaturze tematu, ale zakres znaczeniowy jest bardzo szeroki. Dotyczy zarówno procesu osuwania, jak i formy terenu powstałego w wyniku tego procesu.

2 Tab. 1. Podział ruchów masowych ziemi. Pomimo, że przemieszczanie się utworów skalnych i gruntowych w dół stoku może zachodzić przez spełzywanie, spływanie, staczanie się, obrywanie czy zsuwanie, to i tak zjawiska te określa się kolokwialnie jako osuwisko. W takim ujęciu osuwisko nie będzie skutkiem procesów osuwania, lecz częścią ruchów masowych. Według wielu autorów zajmujących się tą tematyką jest to daleko posunięte uproszczenie. Rozważając różne przyczyny przemieszczania utworów, ich charakter oraz skutki należy stwierdzić, że powstające w wyniku takich oddziaływań formy jak i ich przestrzenny zasięg są zróżnicowane. Te aspekty skłaniają do używania terminu ruchy masowe w odniesieniu do procesów zachodzących na stokach, a termin osuwisko do formy powstałej w wyniku zsunięcia się materiału po stoku.

3 Rys.1. Schemat osuwiska (wg PIG ). Główne elementy osuwiska to nisza osuwiskowa, zagłębienie, w którym osunęła się ziemia, oraz jęzor osuwiskowy, miejsce, gdzie został przemieszczony ten materiał skalny, koluwium, powierzchnia poślizgu (oderwania), taras osuwiskowy i szczelina osuwiskowa. Ruchy masowe można pogrupować w kilka zasadniczych kategorii : Obrywanie jest to oderwanie się skały lub gruntu i swobodne przemieszczenie zgodnie ze spadkiem terenu. Spływanie to ruch ciągły, w którym przemieszczający się materiał porusza się w dół po płaszczyźnie podobnie jak ciecz. Osuwanie jest to proces przemieszczania się materiału z częściowo pierwotnym uporządkowaniem i spójności, gdy pozostaje w kontakcie z podłożem, po którym przesuwa się w dół zgodnie ze spadkiem wzdłuż jednej lub kilku powierzchni. Prędkości mierzalne poszczególnych rodzajów ruchu zmieniają się w bardzo szerokim zakresie. Ruch może być niezauważalny ( pełznięcie ), ale może być także gwałtowny rzędu kilku km/ godz. Ruchy masowe przedstawione w tablicy nr 1 uwzględniają również rodzaj materiału przemieszczającego się w dół, przy czym wielu autorów wskazuje na istotę procesu rozpoczęcia ruchu przemieszczającego i uzależniają od tego czy przemieszczeniu poddana została skała lita czy też utwory luźne ( rumosz ). I tak spływy gruzowe dotyczą przeważnie głazów i rumoszu, w spływach ziemnych dominującą frakcją są piaski, pyły i iły, a przy spływach błotnych mamy do czynienia z mieszaniną wody, iłu i pyłu. Z tych podstawowych opisów i charakterystyki ruchów masowych ( rodzaj materiału, typ i prędkość ruchu ) można wywnioskować, że ich występowanie uzależnione jest od budowy geologicznej, rzeźby terenu oraz warunków

4 klimatycznych. I tak obrywy skalne występują w odsłoniętych ścianach już przy nachyleniu 50 0, spływy rumoszu przy widocznym nagromadzeniu produktów wietrzenia skał przy dużym nachyleniu stoków, a pozostałe typy praktycznie na każdym nachylonym stoku w granicach , najczęściej jednak przy kącie zbocza Często o płynięciu mas ziemnych decyduje nie nachylenie samego zbocza, lecz podłoża na którym leżą grunty łatwo ulegające upłynnieniu lub też układ zwierciadła wody gruntowej. Objętość pakietów gruntu ulegających ruchowi może wahać się w bardzo szerokim zakresie, od drobnych zerw zboczowych, aż do olbrzymich spływów lub zsuwów niekiedy w mld m 3. W Polsce największe osuwiska, to oczywiście w Karpatach : - Dusatyn 10 mln m 3, - Szymbark 3,5 mln m 3. Utrata stateczności skarp i zboczy, będąca przyczyną osuwania się mas ziemnych, następuje w wyniku przekroczenia wytrzymałości gruntu na ścinanie wzdłuż dowolnej powierzchni poślizgu. Zasadnicze siły powodujące osuwanie się zboczy i skarp leżą po stronie : sił grawitacyjnych pochodzących od ciężaru gruntu i ewentualnej zabudowy, sił hydrodynamicznych wywołanych przepływem wody przez grunt, podniesieniem się zwierciadła wody gruntowej i nadmiernym zawilgoceniem zbocza. Przyczyny powstawania osuwisk : układ warstw gruntów równoległy do nachylenia zbocza, rozmycie lub podkopanie zbocza, niekontrolowane dociążenie naziomu lub stoku, nawodnienie naziomu przy braku drenaży opaskowych, wypór wody i ciśnienie spływowe w zboczu, napór wody od dołu na górne warstwy gruntu z reguły mało przepuszczalne powodujące zmniejszenie sił oporu na ścinanie, nasiąknięcie gruntu na skutek opadów atmosferycznych co powoduje pęcznienie gruntu a tym samym zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie, zniszczenie struktury gruntu poprzez rozluźnienie, istnienie naturalnych potencjalnych powierzchni poślizgu np. w iłach, drgania wywołane np. ruchem drogowym, robotami ziemnymi, wybuchami, sufozja tj. wymywanie z masy gruntu drobniejszych ziaren lub cząstek przez infiltrującą wodę powodujące powstawanie kawern i w następstwie ruch gruntów, przebicie hydrauliczne z reguły występujące u podstawy skarp lub zboczy spowodowane wypływem wody gruntowej powyżej podstawy zboczy, cykliczność przemarzania i odmarzania gruntu w rejonie istnienia krzywych depresji wody gruntowej co powoduje spadek wytrzymałości na ścinanie, wypieranie gruntu po nadmiernym obciążeniu terenu, niewłaściwe zaprojektowanie nachylenia skarp wykopu lub nasypu. Należy pamiętać, że równocześnie może wystąpić więcej niż jedna z wyżej wymienionych przyczyn.

5 1. Typy osuwisk. Osuwiska można podzielić na następujące cztery typy: konsekwentne (zsuwy), insektewne, asekwentne i sufozyjne. Są one przedstawione na rysunkach Na rysunkach przyjęto następujące oznaczenia: 1 iły, 2 gliny, 3 piaski, 4 obsunięta masa (koluwium), 5 łupki, 6 piaskowce. Rys.2. Osuwisko konsekwentne. Rys. 3. Osuwisko insekwentne. Rys. 4. Osuwisko asekwentne. Rys.5. Osuwisko sufozyjne. Osuwiska konsekwentne powstają ze ścięcia górotworu wzdłuż powierzchni biegnącej zgodnie z powierzchnią: warstwowania, wówczas nazywamy je konsekwentno strukturalnymi, spękań i szczelin ( osuwiska konsekwentno szczelinowe), oddzielającą strefę zwietrzeliny od podłoża ( konsekwentno zwietrzelinowe ), starych osuwisk. Osuwiska konsekwentne (rys.2) są najczęściej spotykane w rejonach górskich o budowie fliszowej; są bardzo charakterystyczne dla fliszu karpackiego. Występują także w rejonach górskich o rozwiniętym profilu zwietrzelinowym oraz w utworach zaburzonych glacitektonicznie. Osuwiska insekwentne ( rys.3) mają miejsce wówczas, gdy płaszczyzna poślizgu rozwinęła się prostopadle lub ukośnie do istniejących powierzchni strukturalnych wśród utworów warstwowych. Powierzchnia poślizgu tych osuwisk ma zazwyczaj bardzo złożony kształt. Jeżeli powierzchnia poślizgu przebiega w gruncie jednorodnym i nieuwarstwionym ( rys.4), to takie osuwiska nazywamy asekwentnymi. Występują one najczęściej w niezaburzonych iłach i glinach. Osuwiska sufozyjne (rys.5) występują wskutek wypłukiwania cząstek gruntu przez wypływające u podstawy stoku lub skarpy wody gruntowe. Powstają głównie w gruntach mało spoistych, takich jak piaski pylaste i pyły piaszczyste.

6 Ze względu na aktywność, osuwiska dzieli się na : aktywne (kolejne przemieszczenia gruntu rejestrowane są w skali jednego roku), mało aktywne (uaktywniają się co kilka lat ), nieaktywne ( formy zamarłe lub ustabilizowane sztucznie). Ze względu na wielkość osuwiska dzieli się na : duże (powierzchnia powyżej 3000 m 2 ), średnie (powierzchnia m 2 ), małe (powierzchnia mniejsza od 1000 m 2 ). Rys. 6. Rozmieszczenie obszarów zagrożonych ruchami masowymi ziemi w Polsce. Wg. PIG.