Природные геологические процессы в районе, меры борьбы с ними.

Природные геологические процессы являются результатом геологической работы воды, льда, ветра, гравитации. Все геологические процессы, которые оказывают влияние на инженерные сооружения (на выбор конструкции и тип фундамента, на выбор способа производства работ) и, соответственно, влияние инженерных сооружений на существующую геологическую обстановку изучает наука геодинамика. Необходимо не только ознакомиться с ходом геологических процессов, но и акцентировать внимание на профилактике и экстренных мерах по борьбе с ними.

Особое внимание следует обратить на гравитационные явления на склонах (оползни, обвалы), имеющие, как правило, катастрофический характер. Необходимо иметь представление о классификации оползней, об основных факторах и поводах для их возникновения, мероприятиях по борьбе с ними. Эти знания могут правильно прогнозировать вероятность возникновения оползней в конкретных условиях природного склона или искусственного откоса.

Следует знать, что исключительную роль играют подземные воды в возникновении таких геологических процессов, как суффозия, карст, плывунность и просадки лессовых пород. Необходимо уяснить, что воздействие гидродинамического давления потока подземных вод на природные склоны, борта карьеров и откосы котлованов не только уменьшает их устойчивость, но и в определенных случаях приводит к суффозии – механическому выносу потоком подземных вод мелких частиц, образованию пустот, вследствие чего еще более нарушается устойчивость склона.

При изучении карста – процесса химического растворения горных пород и образования пустот – надо особое внимание обратить на условия, факторы и различную скорость развития этого процесса в карбонатных, сульфатных и соляных (галоидных) породах. Следует ознакомиться и с методами оценки устойчивости территорий в карстовых районах. Необходимо разобраться в природе плывучего состояния песчаных и глиняных грунтов. Важно уяснить роль гидродинамического давления в формировании ложных плывунов, состава грунта и биогенного фактора в образовании истинных плывунов. При изучении просадочных лессовых пород наряду с выяснением природы этого явления следует особое внимание обратить на их развитие при различных видах обводнения пород, возведения сооружений, строительных работах и хозяйственном использовании территорий. Необходимо ознакомиться с основными направлениями по борьбе с просадочностью лессовых пород (предварительное замачивание, обжиг, силикатизация, механическое уплотнение и другие).

Надо рассмотреть как процессы, связанные с сезонным промерзанием и оттаиванием, так и специфические процессы и явления (наледи, пучение, солифлюкция, термокарст, мари и другие), характерные для районов развития многолетней мерзлоты. Необходимо ознакомиться с особенностями строительства в этих районах.

Выветривание горных пород и строительных материалов. Геологическая деятельность ветра. Геологическая деятельность атмосферных осадков (образование наносов, оврагов, селей, снежных лавин). Геологическая деятельность рек, морей, озер, болот и водохранилищ. Классификация болот и их характеристика. Геологическая деятельность ледников. Движение горных пород на склонах рельефа местности (осыпи, обвалы, оползни, курумы). Карстовые и суффозионные процессы. Мерзлотные процессы. Прогноз, оценка и выбор мероприятий, устраняющих негативное влияние на строительство природных процессов и явлений.

4.1.Просадочность.

В отличии от других глинистых пород многие (но не все) лессы и лессовидные породы обладают способностью уплотнятся при замачивании даже под влиянием собственного веса. Это свойство лессовых пород называется просадочностью. Она обычно сопровождается возникновением воронок, степных «блюдец» - понижений овальной формы глубиной до 2-3 м при диаметре 10-20 м. Обычно приурочены к местам временного скопления атмосферных и талых вод.

Замачивание лессовых пород влечет за собой снижение их прочности и затем исчезновение макропор видимых в породе. В итоге частицы укладываются полотне и поверхность лессового массива проседает. Интенсивность уплотнения зависит от характера структурных связей, их прочности, влажности и пористости пород и величины нагрузки. В зависимости от действия этих факторов процесс уплотнения может происходить быстро или затягивается на продолжительное время.

На просадочность лессовых пород существенное влияние оказывает минеральный состав их тонкодисперсной части.

Обеспечение необходимой устойчивости сооружений, возводимых на просадочных грунтах, достигается рядом способов. Наиболее эффективным является силикатизация. Также весьма эффективным может быть предварительное замачивание лессовых толщ для достижения преднамеренного уплотнения просадочных грунтов, но при условии, что оно сопровождается взрывами (иначе требует больших затрат времени, исчисляемых годами). Бурение дренажных скважин, обжиг просадочных лессовых грунтов, уплотнение тяжелыми трамбовками (грунтовыми сваями-скважинами) – все это тоже эффективные методы борьбы с просадочностью.

4.2. Морозное пучение.

В областях, где зимой температура воздуха ниже нуля, почвы и лежащие ниже их горные породы промерзают на некоторую глубину, а в теплое время года оттаивают. Это явление называют сезонным, или зимним, промерзанием. Глубина зимнего промерзания зависит от климата, плотности и мощности снежного покрова, характера зимы, состава пород, их физического состояния и влажности. Поэтому в разных областях она различна и колеблется от нескольких десятков сантиметров до 4 м. Промерзание пород начинается с поверхности и распространяется вглубь, содержащаяся в них вода переходит при этом в лед, увеличивая свой объем. Внешне этот процесс, называемый морозным пучением, выражается в поднятии дневной поверхности породы за счет увеличения ее в объеме. Оттаивание весной вызывает разжижение пород и деформацию построенных на них сооружений. Следовательно, в областях, подвергающихся сезонному промерзанию и оттаиванию, дневная поверхность пород испытывает вертикальные, а иногда и горизонтальные смещения.

С наступлением весны сезонно промерзающий слой земляного полотна избыточно увлажняется, его несущая способность резко снижается. В результате основная площадка земляного полотна деформируется, разжижившийся грунт при этом вытекает или выдавливается на поверхность в виде грязевого потока.

В основе морозного пучения лежат следующие явления: миграция воды в замерзающих породах, сопровождаемая выделением льда за счет перехода в него свободной или рыхло связанной воды. Отметим, что факторов, определяющих льдонакопление в породах, очень много: одни из них определяются составом, состоянием, степенью водонасыщенности пород, другие- их температурой и температурой наружного воздуха, третьи – близостью к дневной поверхности горизонта грунтовых вод, в том числе и верховодки, и т.п. Однако при прочих равных условиях главным фактором является гранулометрический состав пород. Грубообломочные породы, чистые пески, насыщенные водой вспучиваются лишь за счет воды, переходящей в лед. Иное происходит в глинистых породах, где морозное пучение сказывается гораздо сильнее. Промерзание глинистых пород и образование льда сопровождаются миграцией физически связанной воды под влиянием молекулярных сил от более толстых оболочек к более тонким, фронту промерзания, т.е. туда, где начинается кристаллизация воды. Одновременно происходит перераспределение влаги.

Появление в породах льда вызывает увеличение их объема. Это и есть то, что выше было названо морозным пучением. Интенсивность этого процесса определяется влажность глинистых пород, если она будет значительно меньше их полной влагоемкости, возможность пучения будет сведена к минимуму. Наибольший эффект морозного пучения наблюдается в пылеватых породах.

Для борьбы с морозным пучением устраивают поверхностный отвод атмосферных и производственных вод, предохраняя породы от увлажнения; устройство дренажей; созданием прослоек, чтобы исключить капиллярный подъем воды.

4.3. Осыпи, оползни, обвалы.

Геологические процессы, оказывающие влияние на устойчивость сооружений, по своей природе являются также денудационными. Эти процессы обусловлены:

• действием силы тяжести, вызывающей два вида движения горных пород: быстрое их смещение в виде осыпей, обвалов, вывалов, лавин и медленное перемещение земляных масс - оплывание в виде сплывов и скольжение (оползание) в виде оползней.

• действием атмосферных, талых и подземных вод.

• действием отрицательной температуры.

Процессы денудации в совокупности с другими процессами, особенно в горных районах, предопределяются интенсивным развитием выветривания горных пород. В результате этих процессов образуется большое количество глыб, камней, щебня и более мелких обломков. До тех пор пока этот материал находится в состоянии равновесия, он остаётся на месте своего образования. Но как только сила тяжести Р оказывается больше силы, сопротивляющейся движению этих обломков, так они приходят в движение и скатываются к подножию склона, где образуют конусы или прерывистые валы, называемые осыпями. Поверхность осыпи имеет наклон, свойственный углу естественного откоса слагающего её в сухом состоянии материала. Если осыпь смачивается дождевыми или талыми водами, то при наличии глинистой подстилки вся осыпь или её некоторая часть начинает ползти. При этом она уполаживается и располагается под углом, свойственным слагающему её материалу, но уже в водонасыщенном состоянии. Такие осыпи называют осовами.

По признаку подвижности все осыпи можно подразделить на действующие (находящиеся в стадии интенсивного движения), затухающие (стадия успокоения) и затухшие (стадия стабилизации). Каждая стадия характеризуется своими внешними признаками. Так, действующие осыпи обычно обнажены и лишены растительности. Затухающие осыпи покрыты растительностью, но дерновый покров на них ничтожен по свой толщине. Затухшие осыпи обычно задернованы, и на них можно встретить не только кустарник, но и лес.

Обвалами называют обрушение масс горных пород со склонов. Образовавшиеся при обвале обломки скатываются вниз по склону, причём более крупные обломки уносятся дальше, чем мелкие. Перемещающиеся массы увлекают за собой не только неустойчиво лежащие на склоне глыбы, но и глыбы, образовавшиеся при разрушении крупных выступов.

Возникновение обвалов обычно совпадает с периодами таяния снега, прохождения ливней, первых осенних морозов и весенних оттепелей, когда начинает таять лёд в трещинах скал. Колебания температуры, землетрясения и другие явления также способствуют образованию обвалов. Обвалы возникают из-за нарушения условий равновесия горных пород, что при строительстве железных дорог может быть вызвано подрезкой склонов выемками или полувыемками. На существующих железных дорогах обвалы обычно бывают на склонах, сложенных скальными породами и на выемках.

Борьба с обвалами очень трудна. В выемках она обычно сводится к устройству облицовочных и подпорных стен, что не всегда приводит к цели. Поэтому обвальные участки считаются неблагоприятными для проведения дорог, их по возможности рекомендуется обходить. Обвалы встречаются на левом берегу реки Иня, вблизи дач «Гипрводхоза».

Оползни. Во многих случаях движение земляных масс по склону под влиянием силы тяжести и благодаря работе поверхностных и подземных вод выражается в их оползании - возникают оползни.

В каждом оползне выделяют следующие элементы:

1. Надоползневой уступ.

2. Поверхность скольжения или оползания.

3. Подошва оползня.

4. Трещины обрыва.

Возникновение оползней обычно влечёт за собой образование бугристой поверхности склонов, особенно в нижних их частях, за счёт оползших масс или масс, выдавленных из нижележащих пластов горных пород. В понижениях между отдельными буграми при благоприятных условиях скапливаются поверхностные и подземные воды, вызывающие заболоченность склонов, что, естественно, в дальнейшем понижает устойчивость склонов.

Многообразие причин, вызывающих оползень влечёт за собой и разнообразие противооползневых мероприятий, которые в каждом конкретном случае могут отличаться один от другого, поскольку зависят от местных условий. При применении противооползневых мероприятий можно выделить некоторые общие положения. Причём для наибольшей эффективности противооползневых мероприятий они должны быть направлены на борьбу с причинами, а не с последствиями оползня. Противооползневые мероприятия необходимо осуществлять комплексно, т. е. направлять их на уничтожение отрицательного действия всех факторов, вызывающих оползень. При прохождении практики с примерами оползней мы не встретились.

4.4.Заболоченность.

Болотами называют избыточно увлажненные участки земной поверхности, с развитой на них типичной влаголюбивой, болотной, растительностью. Накопления в пределах болот растительных останков в той или иной степени их разложения (гумификации) составляют торф. Торф типичная разновидность органогенных пород,встречающихся среди болотных отложений. Земельные площади, не имеющие слоя торфа или покрытые слоем торфа менее 30 см в неосушенном состоянии, называют заболоченными землями.

По своему происхождению болота бывают низинные, верховные, переходного типа. Заболачивание водоёма начинается с того, что по берегам мелководного озера или медленно текущей речки разрастается болотная растительность. Отмирая, она падает на дно водоёма, где из-за недостатка кислорода её отлагающиеся остатки не сгнивают, а, накапливаясь из года в год, образуют залежи торфа. По мере его накопления открытая водная поверхность сужается, водоём мелеет и, наконец, заторфовывается полностью – возникает болото, в котором под торфом лежит озёрный ил – сапропель.

Заторфовывание озер может быть обусловлено и растениями, образующими плавающий ковер — сплавину; он возникает при отсутствии волнения. Нарастание сплавины начинается с краев озера. С каждым годом она продвигается все дальше от берега к центру озера, пока поверхность воды не исчезнет совсем. Если на дне водоема имеются выходы источников, сплавина затягивает поверхность озера частично, в результате чего- над источниками остаются незаросшие участки водной поверхности — окна (окнища).

Сплавина с каждым годом утолщается за счет нарастания растений, нижняя часть которых, отмирая, набухает в воде и, становясь тяжелее, отрывается от нее и опускается на дно. В конечном итоге из сплавины образуется плавающий торфяник. Растения живут в нем в условиях избыточного увлажнения и недостатка кислорода. В торфянике много воздушных ходов, что и обусловливает его способность плавать.

При достаточной толщине сплавины и надлежащей ее плотности на ней появляются осоки; их кусты разрастаются в кочки. Так сплавина окончательно скрывается от глаз наблюдателя, и по внешнему виду болота нельзя сделать никаких заключений о его генезисе. Это всегда нужно иметь в виду при изысканиях дорог на болотах.

Типичной деформацией торфяного основания земляного полотна автогужевых дорог на сплавинных болотах является разрыв торфяного слоя под насыпью. Следствием этого будет провал насыпи

Низинные болота превращаются в сфагновые постепенно и в переходной фазе бывают покрыты травяно-моховыми ассоциациями растений или смешанным лесом из ольхи с березой, елью и сосной. Здесь образуется древесный торф. Это болото переходного типа.

Известны ещё и так называемые пойменные болота. Иногда на пойме вблизи берега наблюдаются невысокие валообразные повышения, вытянутые вдоль берега; их образование связано с тем, что во время разлива вода несёт взвешенные частицы и, имея большую скорость вблизи русла, отлагает здесь более крупный материал, чем на остальной части поймы. В результате этого в этом месте происходит более быстрый рост отложений, создающих валообразное повышение, отделяющие часть потока от русла. В дальнейшем это служит предпосылкой к заболачиванию поймы и возникновению пойменных болот.

4.5 Подмыв и обрушение берегов.

Наибольшую эрозионную работу производят реки. Они, так же как и любой поток, стремятся достигнуть базиса эрозии, который может быть главным и местным. Главный базис эрозии – это уровень моря, озера, в который река впадает. Местным же базисом эрозии будут те уступы, порой образующие водопады, которые отмечаются на дне реки.

На смену глубинной эрозии приходит боковой размыв, или боковая эрозия, вызывающая размыв склонов долины и её расширение, образование излучин, или меандр. Среди других факторов боковое перемещение русла вызывается и влиянием кривизны реки и вращения Земли. Первое обуславливается большей скоростью течения у вогнутого берега, нежели у выпуклого, а второе – неодинаковой скоростью вращения различных точек Земли.

Образование долинных меандр в конечном итоге приводит к прорыву меандры, река избирает себе новый, более короткий путь, оставляя в стороне прежнее русло, или «старицу», которая с течением времени превращается в болото.

4.6 Оврагообразование.

Овраги – круто стенные рытвины или долины – продукт деятельности временных потоков на равнинных пространствах, сложенных преимущественно рыхлыми и глинистыми породами. В поперечном профиле молодой растущий овраг имеет V-образную форму, иногда в нём намечается неширокое дно. Крутизна склонов оврагов определяется составом и особенностями пород. Так, в лёссах и лёссовидных породах их склоны часто бывают отвесными или почти отвесными. Начало оврага называется вершиной, а конец – устьем.

Возникший овраг с обеих сторон стекают атмосферные воды, размывающие породы; так возникают отвершки – образуется овражная сеть. Дно оврага в нижней его части покрывается наносами – овражным аллювием, образующем в его устье конусы выносов. При определённых условиях крутые склоны оврага начинают уполаживаться, зарастать растительностью. Так действующий овраг превращается в остановившийся овраг или балку.

Главным фактором зарождения и роста оврагов является величина относительной разности высот водоразделов и прилегающих низин: чем она больше, тем сильнее размыв.

Меры борьбы с оврагообразованием двоякие: предупреждающие и прекращающие рост оврагов. Профилактические меры сводятся к регулированию стока поверхностных вод на всём водосборе. Меры борьбы с ростом оврагов обычно сводятся к укреплению их посадками кустарников, деревьев, которые замедляют сток воды, уменьшают её живую силу и при этом препятствуют размыву пород. С этой же целью устраиваются перепады.

Глава 5.