- •Київський національний університет імені Тараса Шевченка
- •2.1. Інженерно-геологічна оцінка геоморфологічних умов місцевості.
- •2.2. Інженерно-геологічна оцінка тектонічних особливостей місцевості та умов залягання порід.
- •2.2.1. Тріщинуватість гірських порід та її значення під час інженерно-геологічної оцінки порід.
- •2.2.2. Виявлення зон подрібнення і тріщинуватості гірських порід
- •2.3. Основні завдання літологічних і петрографічних досліджень для інженерно-геологічної оцінки місцевості.
- •2.3.1. Вплив петрографічних особливостей порід на оцінку інженерно-геологічних умов будівництва.
- •2.3.2. Петрографічна характеристика основних типів гірських порід.
- •2.4. Інженерно-геологічна оцінка гідрогеологічних умов місцевості.
- •3.1. Інженерно-геологічна класифікація процесів і явищ.
- •3.2. Вивітрювання гірських порід і основні його чинники.
- •3.2.1. Шляхи проникнення агентів вивітрювання в земну кору.
- •3.2.2. Зони вивітрювання порід.
- •3.2.3. Вивчення вивітрювання для інженерно-геологічних завдань.
- •3.2.5. Спостереження, необхідні для встановлення характеру і потужності захисних покриттів і ціликів.
- •3.2.6. Лабораторне вивчення вивітрілих порід.
- •3.2.7. Заходи боротьби з вивітрюванням гірських порід.
- •3.3. Сезонне та багаторічне промерзання гірських порід.
- •3.3.1. Будова товщі багаторічномерзлих порід.
- •3.3.2. Основні типи підземних льодів і процеси, що їх утворюють.
- •3.3.3. Фізичні процеси у промерзаючих гірських породах.
- •3.3.4. Фізико-геологічні явища, характерні для областей розвитку багаторічномерзлих порід.
- •3.3.5. Деформація споруд внаслідок явищ промерзання і відтанення.
- •3.3.6. Особливості інженерно-геологічних досліджень в умовах розвитку багаторічномерзлих порід.
- •3.3.7. Умови будівництва в районах розвитку багаторічномерзлих порід.
- •3.4. Діяльність вітру (еолові процеси).
- •3.4.1. Інженерно-геологічні дослідження еолових процесів.
- •3.4.2. Заходи боротьби з рухомими пісками.
- •3.5. Діяльність поверхневих вод.
- •3.5.1. Площинний змив і струменева ерозія.
- •3.5.2. Яругоутворення.
- •3.5.3. Діяльність річок.
- •3.5.4. Формування берегів природних і штучних водоймищ.
- •3.5.5. Заходи боротьби з морською абразією.
- •3.5.6. Переробка берегів і формування чаші водосховищ.
- •3.6. Просідні явища в гірських породах.
- •3.6.1. Будівництво на просідних породах.
- •3.7. Карст.
- •3.7.1. Умови утворення і розвитку карсту, заходи боротьби з ним.
- •3.8. Болота і заболочені території.
- •3.8.1. Умови утворення боліт. Будівництво на заболочених територіях.
- •3.9. Діяльність підземних вод.
- •3.9.1. Суфозійні явища.
- •3.9.2. Завдання інженерно-геологічних досліджень і заходи боротьби з суфозією.
- •3.9.4. Завдання інженерно-геологічних досліджень і заходи боротьби з пливунами.
- •3.10. Дія гравітаційних сил на схилах.
- •3.10.1. Зсуви.
- •3.10.2. Умови виникнення зсувного процесу.
- •3.11. Діяльність внутрішніх сил Землі (землетруси).
- •3.11.1. Причини виникнення землетрусів.
- •3.11.2. Фізичні явища в породах, що відбуваються під час землетрусів.
- •3.11.3. Оцінка сили землетрусів.
- •3.11.4. Сейсмічне районування.
- •3.11.5. Умови будівництва в сейсмічноактивних районах.
- •3.12. Процеси, пов‘язані з інженерно-господарською діяльністю людини.
- •3.12.1. Стискання грунтів під спорудами.
- •3.12.2. Деформації, пов‘язані зі зміною побутового тиску.
- •3.12.3. Гірничий тиск.
- •4.1. Категорії складності інженерних споруд.
- •4.2. Класифікація інженерно-геологічних умов ділянок будівництва інженерних споруд.
- •4.3. Стадії проектування інженерних споруд. Склад та порядок розробки проектної документації.
- •4.4. Інженерні вишукування для будівництва інженерних споруд.
- •4.5. Інженерно-геологічне випробування.
3.3.3. Фізичні процеси у промерзаючих гірських породах.
Фізичні і механічні властивості мерзлих і відталих гірських порід.
Явища промерзання і відтанення рихлих гірських порід супроводжуються процесами фазових перетворень, міграції вологи, росту льодяних кристалів. Зазвичай це призводить до істотних змін у структурі, текстурі, фізичному стані і фізико-механічних властивостях гірських порід.
Мерзлі гірські породи представляють собою складну чотирифазну багатокомпонентну систему. Вона складається з твердих мінеральних часток, води у твердому (лід), рідкому і газоподібному стані (пара) і деякої кількості газів.
Вміст води у різних фазах залежить від параметрів системи – температури і тиску. Чим нижчою є температура, тим менше в гірських породах міститься води у рідкій фазі. Однак навіть при дуже низьких температурах деяка частина води, адсорбована на поверхні мінеральних часток, залишається в рідкому стані.
Це положення підтверджується дослідами на визначення вмісту незамерзлої води (Wнз) у мерзлих породах. Результати показують, що температура замерзання води залежить від ступеню дисперсності породи. У пісків промерзання води завершується при температурах, близьких до 00С, в глинах воно відбувається в досить значному інтервалі температур і навіть приt=300С вологість грунту дорівнює 12%.
Перехід води в лід супроводжується виділенням значної кількості тепла (приблизно 80 кал на 1 г води). Тепло, що виділяється, затримує подальше промерзання породи. Раніше вважалося, що температура замерзання води в гірських породах дорівнює 00С. Насправді воно відбувається в досить значному інтервалі температур. Тому границя замерзання-відтанення не має чіткого геометричного вигляду, а представляє собою більш-менш значну за потужністю зону. У пісків її потужність менша, у глинистих породах більша.
Вище розглядався вплив на промерзання і фазові переходи лише одного чинника – температури. Дослідження показали, що цей процес залежить і від зовнішнього тиску: чим він більший, тим більша кількість незамерзлої води міститься в пухких гірських породах. Явище промерзання гірських порід і кристалізації води супроводжується процесами міграції і перерозподілу вологи. Пересування вологи в породах відбувається при промерзанні у формі плівкової води. Вона перетікає під дією молекулярних сил від товщих плівок до тонших. Тонкі плівки уиворюються там, де починається кристалізація води, тобто біля фронту промерзання. Таке постійне перетікання і кристалізація нових надходжень води призводить до утворення в породі кристалів, лінз, прошарків та ін. включень льоду і виникнення тих своєрідних текстур мерзлих порід, про які вже говорилося.
Льодовиділення в гірських породах супроводжується збільшенням їх об‘єму (частково за рахунок переходу води в лід, в основному ж за рахунок міграції води до фронту промерзання). Це явище отримало назву морозного пучіння. Величина пучіння залежить від складу пухкої породи, її вологості й щільності, наявності джерел притоку води до фронту промерзання, а також від швидкості промерзання. Різні за скалдом і будовою породи по-різному піддаються пучінню. Найзначнішими є величини пучіння у пилуватих суглинків, тобто ця порода найбільш небезпечна відносно пучіння.
Основною характеристикою міцності мерзлих грунтів є їх зчеплення. Воно визначається міцністю зв‘язків, які утворюються в системі “мінеральні частки – незамерзла вода”. Сили зчеплення у мерзлому грунті не залишаються постійними, а змінюються з часом і під впливом зміни температури й вологості.
Фактор часу позначається в релаксації (послабленні) сил зчеплення. Релаксація відбувається внаслідок спливання льоду і зміни його структури та інших причин. В зв‘язку з цим при оцінці мерзлих грунтів розрізняють миттєву міцність і довготривалу міцність. Миттєва міцність може бути досить значною (десятки і сотні паскалів), а довготривала у багато разів меншою. Прикладом може бути випробовування на розрив мерзлих супісків. При температурі –4,50С миттєвий опір мерзлого супіску дорівнював 2 МПа, а довготривалий (зразок не руйнувався протягом чотирьох років) лише 0,18 Мпа, тобто різниця становить більше, ніж 11 разів. Міцність мерзлих порід залежить також від їх температури – тут пряма залежність між міцністю і низькою температурою для всіх різновидів пухких порід.
Міцність мерзлих порід збільшується зі збільшенням вологості (льодистості), але до певної межі: приблизно до такої, що відповідає повному насиченню пор водою. При подальшому збільшенні льодистості міцність починає знижуватися.