Предлагаем вниманию читателей немного сокращенный адаптированный перевод статьи «Описание камнепадов и инженерная защита от них: обзор» [1], написанной группой ученых из Швейцарии, Италии и Франции. Эта большая работа была опубликована в 2011 году в рецензируемом международном интернет-журнале NHESS (Natural Hazards and Earth System Sciences – «Природные опасности и науки о Земле»), издаваемом под эгидой Европейского союза специалистов в области наук о Земле (EGU – European Geosciences Union).
Указанная статья находится в открытом доступе в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution 3.0 (CC BY 3.0), поэтому ее можно использовать в некоммерческих и коммерческих целях, переводить или изменять при условии ссылки на первоисточник и указания типа изменений.
Переведенная работа представляет собой обзор результатов исследований разных авторов по основным темам, связанным с камнепадами. В ней главным образом рассматриваются подходы к моделированию разных стадий камнепадов, а также меры по зонированию соответствующих опасностей и по защите от них. Статья [1] написана прежде всего для исследователей и практиков, участвующих в проектах, связанных с защитой домов, объектов инфраструктуры и окружающей среды от рассматриваемых опасных явлений.
Сегодня представляем первую часть указанной работы, посвященную целям и структуре статьи, а также определению, оценке и зонированию опасности камнепадов.
Консультационную помощь редакции при подготовке перевода оказали специалисты российского представительства компании Trumer Shutzbauten (ООО «РТ ТРУМЕР»).
Камнепады – это чрезвычайно опасные природные явления, связанные с падением с крутых склонов камней и перемещением их на большие расстояния с большой скоростью. По сравнению со многими другими опасными явлениями они обычно поражают лишь небольшие участки. Однако наносимый ими ущерб может быть весьма значительным. Поэтому важно обеспечить наилучшую защиту от них людей, домов и объектов инфраструктуры, основанную на строгих методах управления опасностями и рисками.
В настоящей статье приводится обзор оценок параметров, необходимых для эффективного противодействия таким событиям. В ней рассматриваются: подверженность территорий камнепадам вместе с оценкой их опасности и зонированием; моделирование возникновения камнепада, охваченной им зоны, траекторий падающих камней; оценка проектов и эффективности защитных мер, особенно систем инженерной защиты, таких как барьеры, стенки, галереи, земляные дамбы, рвы или лесопосадки.
Опасность (или риск) камнепадов может быть оценена с использованием различных подходов (Einstein, 1988) в зависимости от характеристик исследуемых территорий. Часто необходимо оценивать опасность для путей сообщения. В этом случае нередко используются данные полевых исследований и списки прошлых событий (Luckman, 1976; Bunce et al., 1997; Hungr et al., 1999). Но оказалось, что эти источники информации являются ограниченными. Например, 31 мая 2006 года крупный камнепад (5 тыс. куб. м) унес жизни двух туристов на швейцарской автомагистрали, пересекающей Альпы через Готардский тоннель (Liniger, Bieri, 2006). Тогда в средствах массовой информации начали много писать об этом, а также о других подобных явлениях в Альпах, которые произошли в последующие недели, в том числе на горе Айгер (Эйгер) (Hopkins, 2006; Oppikofer et al., 2008). Трудности их прогнозирования отразило и еще одно недавнее событие. Ночью 29 июля 2008 года мощный камнепад заблокировал шоссе Sea-to-Sky («От моря до неба»), соединяющее канадский город Ванкувер с горнолыжным курортом Уистлер (рис. 1). Фотография этой дороги представлена на обложке известной книги по механике горных пород (Hoek, Bray, 1981). В прошлом этот район широко исследовался на предмет анализа рисков (Bunce et al., 1997), в том числе из-за проведения там Олимпийских игр в 2010 году, и продолжает изучаться из-за увеличения плотности населения (Blais-Stevens, 2008).
Рис. 1. 29 июля 2008 года мощный камнепад заблокировал шоссе Sea-to-Sky («От моря до неба»), соединяющее город Ванкувер с горнолыжным курортом Уистлер в канадской провинции Британская Колумбия (фотография Canadian Press). Следует обратить внимание на трещиноватость зоны зарождения камнепада
Когда целью является оценка опасностей или рисков для ограниченной области или для целого региона, возникают дополнительные трудности. Как правило, списки зарегистрированных опасных явлений имеются только для населенных районов. Более того, некоторые исследования ложно показывают, что количество таких событий увеличивается пропорционально урбанизации (Baillifard et al., 2004). Поэтому необходимо найти способы, позволяющие обнаруживать возможные зоны зарождения камнепадов при отсутствии каких-либо списков или четких морфологических свидетельств, таких как осыпные склоны или отделившиеся блоки горных пород.
Настоящая статья структурирована в соответствии с типичным рабочим процессом при рассмотрении камнепадов на практике (Vogel et al., 2009) и описывает подходы к моделированию таких событий, а также зонирование их опасности и меры защиты от них.
Когда в результате анализа опасности или риска камнепадов выявляется угроза для людей, домов или объектов инфраструктуры, необходимо выбрать подходящие меры инженерной защиты в соответствии с ожидаемой частотой событий и энергией ударов. Для правильного проектирования и определения масштабов мер защиты важно знать величины ударных нагрузок и характеристики защитных сооружений. Эта информация может быть получена на основе анализа предрасположенности территории к камнепадам (опасности их возникновения), численного моделирования, экспериментов или существующих руководств. Такие знания, в свою очередь, внесут вклад в рекомендации по проектированию крытых галерей, барьеров, земляных дамб и систем естественной защиты (лесопосадок).
Однако меры противодействия включают не только сооружения инженерной защиты, но и недопущение строительства домов и объектов инфраструктуры в зонах, находящихся под угрозой. Сначала необходимо выяснить, почему и где отделяются элементы каменного материала, а также его общий объем или протяженность зон зарождения камнепадов. Инициирование такого события также зависит от различных факторов (выветривания, циклов замерзания/оттаивания, сильных дождей и пр.), которые в большинстве своем еще количественно не определены. Последующий анализ траекторий движения камней определяет области, которые надо защитить. Чтобы учесть высокую чувствительность территорий только к небольшим изменениям в ландшафтах (в коренных породах, сухосто
