Процессы водного характера и процессы, обусловленные рельефом

Процессы водного характера

Карст

Растворение горных пород с ионным типом структурных связей поверхностными и подземными водами.

Условия развития карста:

Наличие в разрезе растворимых пород (хлоридов, сульфатов, карбонатов);

Состав и режим подземных вод (кислотная гидрокарбонатная составляющая и скорость потока, контролирующая водообмен);

Тектоническая составляющая – интенсификация процессов карстообразования на участках тектонических поднятий.

Карст приурочен к речным долинам.

Рис. Схема образования карста в речной долине (По Д. Соколову).

I – зона аэрации- вертикальная фильтрация: вертикальные карстовые каналы;

II – зона развития вертикальных и горизонтальных полостей;

III – зона развития карста в дне долины, которая определяет развитие карста по берегам;

IV – зона движения воды вне влияния реки – карстовые процессы замедляются.

В результате процесса карстообразования образуются поверхностные формы (карстовые поля – кары, карстовые воронки) и подземные формы (пещеры).

Карст бывает древним и молодым. Древний карст – верхняя толща каменноугольных отложений в пределах г. Москвы. Погребенные речные долины. Современные формы карста – карстовые провалы. Как природный, так и инженерно-геологический процесс протекает медленно. Однако в определенных условиях в сочетании с выносом минерального материала (суффозией) может протекать быстро.

Суффозия

Процесс выноса твердых частиц водным потоком.

Условия развития суффозии:

Соотношением гранулометрических элементов в породе. Водным потоком легко выносятся тонкопесчаные и пылеватые частицы;

Скоростью водного потока.

Результатом суффозии является образование воронок, провалов, пустот на глубине, чаще удлиненной формы в соответствии с направлением потока подземных вод.

Карст и суффозия часто не разделимы, поэтому говорят о карстово-суффозионных процессах. Пример: провалы на Хорошевском шоссе в г. Москве.

Древняя погребенная карстовая воронка на поверхности среднекаменноугольных пород. 1-2- насыпные слои, 2-5 – четвертичные отложения, 2-аллювиальные, 3-ледниковые, 4-флювиогляциальные, 5-озерные, 6-7-юрские отложения, 6-глины келловея, 7-бат-келловейские песчано-глинистые отложения, 8-12-каменноугольные отложения, 8-мергилистая толща верхнего карбона, 9-известняки трещиноватые, 10-доломиты, 11-известняки разрушенные, 12- известковистая мука, 13-песок, 14-переотложенные глины, 15-обломки известняков, 16-провал бурового снаряда, 17-уровень грунтовых вод, 18-напор карстовых вод [Москва: геология и город, 1997]

Размокание и размывание

Статическое взаимодействие горных пород с водой – размокание (скорость размокания, время размокания и характер размокания);

Динамическое взаимодействие горных пород с водой – размывание (скорость размывания, градиенты напора, при которых происходит размыв).

Условия развития размокания и размывания:

Определяется: составом пород (гранулометрический состав);

Характер структурных связей;

Рельеф (углом склона);

Режим водного потока (реки),

Количеством атмосферных осадков,

Тектоническими движениями.

Таблица

Группы пород по размываемости:

Оценка размываемости	Состав пород
Очень легко размываемые	Тонко-, мелко- и среднезернистые пески и супеси, главный фактор: волновое воздействие и гидравлическая крупность частиц.
Легкоразмываемые	Лессовые, пылеватые породы
Среднеразмываемые	Разнообразные по петрографическому составу – слабосцементированные песчаники, глинистые породы с инно-электростатическим связями.
Трудноразмываемы	Крупнообломочные разности сцементированные, с ионно-электростатическими связями и связями химической природы, мелкие галечники. Основной фактор размыва- выветривание пород.
Очень трудноразмываемые	Аргиллиты, алевролиты, древние литифицированные глины. Основной фактор размывания: попеременное их высушивание и обводнение.
Исключительно трудно размываемые или практически неразмываемые	Неразмываемые: интрузивные, эффузивные, метаморфические, крупные галечники.

Процессы размывания связаны с:

Работой моря (абразия):

Работой рек (речная эрозия – подмыв берегов);

Работой плоскостного стока (эрозия склонов);

Линейная эрозия (образование оврагов);

Как инженерно-геологическое явление – переработка берегов искусственных водохранилищ.

Все перечисленные виды могут быть рассмотрены как природный и инженерно-геологический процесс.

Примеры: увеличение абразии при использовании крупнообломочного материала зоны пляжа; регулирование речного стока; уничтожение растительности – оврагообразование;

распахивание склонов по направлению вдоль склона.

Заболачивание

Заболачивание процесс избыточного увлажнения участков литосферы.

Условия развитиязаболачивания:

Климатические условиями: норма годовых осадков, преобладание количества осадков над испарением;

Тектоническими условиями: медленными эпейрогеническими движениями отрицательного характера;

Литологическим строением толщи: наличием водонепроницаемых прослоев;

Рельефом – плоский рельеф.

Инженерно-геологическими процессами – подтопление и заболачивание территорий в городах, вдоль шоссейных дорог при нарушении поверхностного стока.

Болота подразделяются на верховые:

1. верховые - преимущественно атмосферное питание;
2. низинные – питание грунтовыми водами;
3. смешанный тип питания.

Примеры: Формирование верховых болот на водораздельном пространстве (база ЗБС);

Формирование низинных болот – заболоченные тыловые части надпойменных террас.

Гравитационные процессы

Гравитационные процессы определяются движением породных масс по склонам.

ОБВАЛ – это отделение от массива крупного блока горных пород на крутом обрывистом склоне, происходящее вследствие потери его устойчивости под влиянием различных факторов: эндогенного так и экзогенного характера, деятельности человека и последующее обрушение и скатывание щебнистой и глинистой массы.

Природные обвалы: обрушение млрд. м³ пород – Сарезское озеро (длина 80 км, глубина 500м., озеро Рица). С обвалами связаны разрушения построенных сооружений. Основной способ борьбы: режимные наблюдения – мониторинг.

ОСЫПИ – скатывание по склону обломков, размер которых соответствует дресве и щебню, сопровождается отдельными глыбами. Осыпи формируются при определенной крутизне склона, превышающей его устойчивость, очень часто в породах, характеризующихся литогенетической трещиноватостью (сланцы), характерны для выветрелых разностей.

ОПОЛЗНИ – это скользящее смещение горных пород на склонах под действием собственного веса и подземных вод, оказывающих влияние на прочность пород и силовое воздействие на них.

Степень устойчивости склона оценивается соотношением сил, определяющих сдвигающее усилие и препятствующим сдвигу.η = ΣR/ ΣQ, где ΣR – сумма сил, препятствующая сдвигу, ΣQ - сумма сил, определяющая сдвиг.

В зависимости от этого соотношения склоны могут быть подразделены на три типа:

1. Склоны, находящиеся в предельном равновесии: η = 1, ΣR= ΣQ;

2. Склоны обеспеченной устойчивости η >1, ΣR>ΣQ;

3. Склоны в неустойчивом состоянии η <1, ΣR<ΣQ.

Методы оценки склонов в связи с возможностью нарушения устойчивости.

1. Сравнительно –геологические – метод аналогий. Если природный процесс наблюдается, ему соответствует определенный тип инженерно-геологических условий, при техногенном воздействии возможно нарушение устойчивости, которое зависит от интенсивности внедрения.
2. Расчетные – широко применяются – в основе лежит определение коэффициента запаса устойчивости. (метод Н.Н.Маслова, метод К.Терцаги). Имеются готовые программы для этих расчетов.
3. Экспериментально – расчетные – метод математического моделирования (метод конечных элементов).
4. Методы моделирования, когда на основании теории подобия в лабораторных условиях из эквивалентных материалов моделируются склоны, напряженное состояние и выявляются критические соотношения сил, которые приводят к смещению.

Факторы, определяющие процессы оползнеобразования

1. Литологический состав пород, их изменчивость, трещиноватость, особенно тектоническая;

2. Неотектонические структуры и дифференцированные движения земной коры;

3. Сейсмичность;

4. Подземные воды (размягчение пород, взвешивающее давление напорных вод);

5. Напряженное состояние пород в массиве;

6. Техногенные факторы (подрезка склона, обводнение в связи с возведением водохранилищ)

Типы оползней: оползни скольжения, оползни потоки – по механизму соскальзования;

По мощности оползневых тел: глубокие, сопровождающиеся выдавливанием; поверхностные.

Борьба с оползнями: дренаж склона, анкера, подсыпки к склону - контрфорс.

Сели

Сели – это временные грязекаменные потоки, насыщенные твердым материалом размером от глинистых частиц до крупных камней и глыб с плотностью до 1,8 г/см³, которые со скоростью до 60 км/час спускаются с гор в долины.

Условия образования:

Геологические, геоморфологические и гидрологические условия.

Геологические: развитие кор выветривания в горных частях массива; наличие глинистого материала, образующегося в процессе выветривания, падение пластов пород по склону, тектоника – землетрясения.

Гидрологические: ливневые сели, гляциальные сели (таяние ледника, образование ледниковых озер, водонасыщение рыхлых пород)

Геоморфологические: перепад высот, уклон ложа, по которому движется сель.

Способ предупреждения: режимные наблюдения, спуск ледниковых озер.

Снежные лавины

Снежные лавины – обрушение больших масс снега на склонах.

Механизм: Снег (лед) возгоняется на склонах большой крутизны за счет сублимации, в нижней части снежного покрова происходит разуплотнение снега, уменьшается сцепление снега и поверхности, температура снега за счет снежной корки у поверхности повышается. Результат – скольжение по склону. При крутых склонах скорости движения возрастают.

Условия образования:

Гидрологические (атмосферные осадки, солнечная инсоляция, температуры воздуха);

Рельеф.

Вопросы к лекции 7

1. Карст. Определене. Причина возникновения. Карст как инженерно-геологический процесс.
2. Суффозия. Определение. Причина возникновения. Суффозия как инженерно-геологический процесс.
3. Заболачивание. Определение. Причина возникновения. Заболачивание как инженерно-геологический процесс.
4. Обвалы, осыпи и оползни. Определение. Причина возникновения. Гравитационные процессы - результат хозяйственной деятельности человека.
5. Запишите условие устойчивости неустойчивости склона и условие предельного равновесия склона.
6. Перечислите методы оценки склонов в связи с возможностью нарушения устойчивости.
7. Почему происходят оползни (факторы оползнеобразования).
8. Сели и снежные лавины. Причины возникновения. Механизм образования. Меры предотвращения селей и снежных лавин.

Лекция 8