Аварии сооружений вследствие ползучести глинистых грунтов

При высоких уровнях напряжений, как было сказано ранее, деформация течения переходит в стадию разрушения — ползучести с возрастающей скоростью, завершающейся исчерпанием (потерей) прочности материала (грунта).
Инженерной практике известно много случаев различных аварий и крушений сооружений по причине потери прочности грунтов их оснований. Особенно много случаев аварий в результате разрушения откосов земляных сооружений (плотин, дамб, дорожных насыпей и выемок) и естественных склонов вследствие возникновения оползневых явлений в глинистых грунтах. Аварии и крушения сооружений и склонов вообще, гидротехнических в особенности, причиняют огромный материальный ущерб и представляют большую опасность для населения.
Интереснейшим примером потери прочности глинистого основания является крушение силосного здания Траисконского зернового элеватора (Канада) емкостью 27 000 т, состоявшего из 65 цилиндрических конструкций диаметром 4,4 м, высотой 28 м, опирающихся на грунт посредством железобетонной распределительной плиты толщиной 0,61 м. Вскоре после завершения строительства и первой равномерной засыпки зерном (25 000 т) 18 октября 1913 г. элеватор начал оседать, а затем отклонился в сторону. Наибольшая осадка элеватора составила 8,8 м, наименьшая—1,5 м, а угол отклонения от вертикали 26°53'. Предварительные геологические исследования показали, что под поверхностным слоем чернозема (0,6 м) последовательно залегают красновато-серая (1,5— 1,8 м), синяя (20 м) и белая (4—5 м) глины. Бурение показало, что глина, плотная у подошвы фундаментной плиты, на глубине 9—12 м является очень мягкой. Исследования показали также, что неравномерная осадка сооружения была обусловлена сопротивлением валунов, обнаруженных на его восточной стороне. В связи с неравномерной осадкой сооружения произошло выпирание глинистого грунта из-под фундаментной плиты с образованием вала высотой 1,5—1,8 м.
Случаи разрушения гидротехнических сооружений, в частности плотин, наблюдаются как в период строительства, так и в процессе их эксплуатации. По имеющимся данным, на сегодня в мире можно перечислить более 400 крупных аварий плотин, из которых 7з произошла в результате неучета свойств грунтов оснований. Интересным является пример разрушения бетонной плотины Аустин (США, Пенсильвания), которое произошло 30 сентября 1911 г. Плотина (длина 168,5 м, высота 15,2 м, ширина гребня 0,75 м, ширина основания 9,15 м) была построена на толще чередующихся глинистых сланцев и песчаников без цементации. Строительство было начато 1 декабря 1909 г. Основные пути фильтрации воды были сосредоточены в трещиноватых песчаниках, по которым к был облегчен сдвиг смоченных глинистых сланцев вместе с плотиной. Несмотря на малые размеры плотины, в результате ее крушения погибло около 100 человек и был причинен большой материальный ущерб.
Ярким примером разрушения земляной плотины вследствие сползания низового откоса является одна из плотин в Армении, имеющего место после завершения строительства, — за несколько дней до начала заполнения водохранилища. Гребень плотины (высота 64 м, длина 500 м, заложение верхового откоса 1:3—1:4, низового откоса 1:2—1:3,5, объем около 4 млн. м3) на длине 200 м просел (с захватом ядра) до 4 м, на низовом откосе появились трещины и выпучивание грунта в пределах абсолютных отметок 1875—1880 м над уровнем моря. В последующем, в течение нескольких дней, деформации откоса захватили длину 350 м с увеличением просадки до 8—13 м, появились признаки деформации верхового откоса, покрытого железобетонными плитами. Причиной всему было нарушение как проекта, так и технологии строительства. В процессе строительства галечно-гравелистый материал боковых призм плотины, предусмотренный проектом, был заменен делювиальным суглинком и пролювиальными отложениями с дресвой и галькой, а также с грубонакатанными обломками скальных пород без определения показателей оптимальной плотности — влажности опытной укаткой. Материал ядра плотины (средний и тяжелый суглинок) имел влажность, превышающую оптимальную на 30— 48%, и вследствие этого нарушились заданные в проекте значения его плотности. Ядро возводилось с отставанием от строительства боковых призм на 25 м, что привело к повышению влажности грунта из-за накопления атмосферных осадков, обильных в этом районе. Результатом допущенных нарушений явилось несоответствие прочностных и других проектных показателей грунтового материала действительным, полученным при его укладке в ядре плотины.
Заслуживают особого внимания оползни на откосах железнодорожных выемок в лондонских глинах, описанные и исследованные А.В. Скемптоном в 1964 г. и часто приводимые в литературе в качестве примеров, иллюстрирующих снижение прочности глинистых грунтов во времени вследствие их ползучести. Таким примером может служить разрушение в 1941 г. подпорной стенки в Кензал-Грин, построенной в 1912 г. Наблюдения за смещениями подпорной стенки в течение 12 лет до ее разрушения показали, что вначале она деформировалась со скоростью 0,6 см в год, а перед началом обрушения — 45,7 см в год. Сползание массива грунт (влажность 33%, предел текучести 83%, предел пластичности 30%) и обрушение подпорной стенки объяснялись снижением прочности лондонских глин за 29 лег на 40%. Другими примерами оползания откосов в лондонских глинах являются оползни в выемках. Норт-холт (1955 г.) и Садбери-Хилл (1949 г.), просуществовавших 19 и 49 лет соответственно. Их обрушение также объяснялось указанной выше причиной.
Заканчивая рассмотрение случаев аварий, крушений сооружений и оползневых явлений по причине исчерпания (нарушения) прочности глинистых грунтов, отметим только, что число оползней исчисляется тысячами.
Изложенное выше является достаточным основанием для того, чтобы к вопросам исследования деформационных и прочностных свойств грунтов вообще и особенно реологических свойств глинистых грунтов относиться с должным вниманием и серьезностью.