- •СЕЛЬ
- •Сель – временный горный грязекаменный поток.
- •Скорость потока достигает 6-7 м/сек.
- •ПРИМЕР. Сель в Алма-Ате 08.07.1921 г.
- •Обилие снега и превышение годовой нормы осадков на 30%.
- •Породы – сильно выветрелые граниты, покрытые слабо сцементированными конгломератами и лессами.
- •Дождевые осадки: за ночь выпало 160% месячной нормы.
- •Вынесено в город 1,5 млн тонн грязевого материала за 4 часа. (За городом было отложено еще 5 млн тонн).
- •Методы борьбы с селем
- •Регулирование водонакопления:
- •- сброс уровня воды в озерах и прудах. (траншеи,туннели,каналы), - устройство нагорных каналов (перехват водного потока и отвод его в сторону); - дамбы, разделяющие и направляюще поток; - емкости, аккумулирующие материал и снижающие энергию потока.
- •- запрет вырубки леса, выпаса скота.
- •Озера и водохранилища
- •РЕЖИМ ВМ
- •РОЛЬ ЛЬДА в ВМ .
- •На плавление льда при 0о требуется в 100 раз больше тепла, чем на нагревание горных пород.
- •Вода в вечной мерзлоте
- •Движение воды породах вечной мерзлоты
- •Изыскания при строительстве в зоне вечной мерзлоты
|
1 |
Инженерная геодинамика. |
|
Введение |
|
Раздел геологии, изучающий изменения Земной коры (ЗК) называется геодинамика. |
|
Изменения в составе , структуре, рельефе ЗК называются геологическими процессами. Они |
развиваются |
непрерывно под влиянием факторов эндогенной и экзогенной природы. |
|
Геологические процессы совершают гигантскую работу по преобразованию рельефа и вещества ЗК. Согласно расчетам, при средней высоте суши над морем 750м, твердое вещество суши может быть снесено в океан в результате водной эрозии за 8,3 млн лет.
НО…эндогенные процессы рождают новые формы рельефа земной коры. Историческая геология свидетельствует о неоднократном разрушении грандиозных горных систем. Континентальный же рельеф существует, поскольку действуют силы, непрерывно созидающие сушу.
Инженерная деятельность человека концентрируется в самых верхних частях Земной коры. Геологические процессы развивающиеся при участии человека называют инженерно-геологическими (ИГ) или техногенными.
Дисциплина инженерная геодинамика изучает изменения в поверхностной части земной коры в связи с инженерной деятельностью человека.
Цель дисциплины : разработка рекомендаций по защите промышленных и гражданских сооружений (ПГС) и территорий от негативного влияния ИГ-процессов.
Своей деятельностью человек способен изменить силу и направление геологических процессов, НАПРИМЕР:
-Укрепить берег и остановить его разрушение;
-предотвратить разрушение вечной мерзлоты в городе;
-остановить развитие оползней.
- предотвратить подтопление городских территорий и т.д.
2
В его силах совершить и обратное.
ПРИЧИНЫ и ФАКТОРЫ развития ИГ-процессов
Основой формирования геологического процесса является горная порода (грунт). Каждая порода по-разному меняется под влиянием геологических факторов.
ПРИМЕР. С подъемом УГВ песок пропускает воду почти не меняя свойств, лессы увлажняются и обнаруживают провальную осадку, глина же водонепроницаема.
Другой аспект формирования ИГ-процессов – обязательные факторы. Без них процессы возникнуть не могут.
ПРИМЕР.
1)- Карстовые пещеры формируются при проявлении трех факторов одновременно: -наличия растворимых пород -наличия растворителя -наличия гидродинамического режима.
2) Подтопление города развивается только при пополнения запасов подземных вод.
Другие факторы развития ИГ-процессов не менее важны, но их влияние на развитие процессов не является решающим.
Важное в исследовании геологических процессов |
|
|
|
||
1.Выделение главных (обязательных) факторов , управляющих геологическими |
процессами означает |
||||
понимание их природы. |
|
|
|
|
|
2.Прогноз развития геол. процессов, учет влияния инженерной деятельности человека. |
|
|
|||
3.Принятие решения о способах предотвращения или |
устранения |
негативного |
влияния |
процесса на |
|
жизнедеятельность человека. |
|
|
|
|
|
Инженерная геодинамика исследует около двух десятков ИГ-процессов, важных |
для |
хозяйственной |
деятельности |
||
человека. Их можно объединить по общности происхождения |
и особенностям |
развития в группы. |
|||
I. Выветривание |
|
|
|
|
|
3
II. Деятельность поверхностных вод
- водная эрозия –образование оврагов, балок… - геологическая деятельность рек
-переработка берегов морями, водохранилищами
-сели – грязекаменные потоки
-снежные лавины
III. Деятельность подземных вод -Карст -Суффозия -Плывуны
IV. Склоновые процессы
-обвалы
-осыпи
-ледники
-оползни
V. Деятельность ветра -Дефляция ->выдувание
- корразия ->обтачивание горных пород
VI. Промерзание грунтов
-морозное пучение
-термокарст
-наледи
-солифлюкция
VII.Факторы эндогенной природы. - землетрясения
4
- цунами
VIII.Техногенные процессы
-сдвижение грунтов над шахтами
-подтопление городов
-вулканическая деятельность
X.Процессы в специфических грунтах
|
|
|
- просадочные |
- набухающие |
|
- органо-минеральные грунты |
- техногенные грунты |
|
- элювиальные грунты |
- засоленные грунты |
Выветривание -это совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования ГП и минералов в приповерхностной части земной коры. Выветривание зависит от климата, рельефа, органического мира. Наиболее важные агенты выветривания – температура, кислород, вода..
Виды выветривания.
Выветривание физическое (механическое) - происходит под воздействием колебания температуры, минералы с анизотропными свойствами быстро разрушаются.
Пример: Коэффициенты объемного расширения. ортоклаза, кварца и альбита относятся как 1:2:3. Коэффициенты линейного расширения у кристаллов кварца и СаСОз анизотропны. При изменении температуры возникают местные напряжения и разрушаются даже мономинеральные горные породы: мраморы, известняки. На микротрещинах пород адсорбируется вода, катионы и анионы. Они ослабляют химические связи.
Замерзание воды приводит к разрушению льдом (объем льда в трещинах на 9% больше объема воды).
При устройстве выемок, котлованов давление на ГП уменьшается, они начинают разрушаться из-за напряжения между кристаллами.
Пример: растрескивание скальных горных пород.
Выветривание химическое - происходит под воздействием Н2О, О2, СО2. При химическом выветривании минералы
5
разрушаются с образованием новых устойчивых минералов, остальные переходят в раствор и выносятся водами.
Наиболее устойчив к химическому выветриванию в поверхностных условияхк кварц, наименее, оливин, основные магматические породы. Базальт, габбро быстрее выветриваются, чем граниты, диориты.
Химическое выветривание включает:
а) гидратацию минералов: Fe2O3 + nН20 => Fe2О3*nН2О
б) гидролиз и растворение: К[AlSi3O8] + H2O + CO2 => Al4[Si4O10](OH)8 + K2CO3 + SiO2 ортоклаз => каолинит + поташ+ кварц)
в)окисление (при свободном О2): Fe 2+=>Fe 3+
г) восстановление (при наличии погребенного органического вещества и деятельностисти микроорганизмов в почвах и некоторых водоемах); Fe2O3*nH2O + С орг. => Fе[СО3] (гидроксиды железа =>сидерит);
д) карбонатизацией : гидролиз минералов в процессе выветривания может сопровождаться реакциями : 4Mg2[SiO4](оливин) + 4H2O +2CO2 => Mg6[Si4O10](OH)8 (серпентин)+ 2Mg[CO3]
Кристаллизации солей в микротрещинах раздвигает их и механически разрушает породы.
Выветривание органическое - активное влияние растительных и животных организмов на литосферу, заключающееся в физическом и химическом разложении пород под воздействием выделяемых органических кислот, СО2 и O2, Биохимических процессов от бактерий почвы, а также физической деятельностти животных и растений (сверление, рост корней и т. д.). Особенно интенсивно выветривание в тропиках.
Кора выветривании (элювий) – поверхностная часть массива горных пород, преобразованная под влиянием выветривания. Ее мощность (0,5-20,0 метров) зависит от рельефа, климата, состава горных .
С глубиной кора выветривания угасает.
ОПОЛЗНИ
Это смещение массы грунтов вниз по склонам под действием силы тяжести без опрокидывания.
Оползневым процессам подвержены
6
-склоны природные, -берега водохранилищ и морей, -клоны дорожных выемок и насыпей,
-склоны, сложенные моноклинальными слоями …
Схема оползня: Оползневое тело – поверхность скольжения– бровка срыва – оползневые террасы - вал выпучивания - подошва оползня.
БАЛАНС СИЛ Вес оползневого тела раскладывается на сдвигающую и удерживающую силы. Они определяют устойчивость склона.
Взаимодействие сил описывается законом Кулона (сцепление частиц и трение).
Критические места оползневого тела:
-подошва оползня –вал выпучивания (роль сдерживания)
-поверхность скольжения (силы трения)
Причины возникновения оползней:
-чрезмерное увлажнение пород склонов атмосферными и грунтовыми водами
-подрезка склонов (стр-во дорог, подмыв рекой)
-перегрузка склонов сооружениями
-давление подземных вод на слои делювия
-быстрый спад УГВ вблизи подтопленного склона (сброс воды в водохранилищах)
Оползни провоцируются
-землетрясениями,
-вибрацией от проходящего поезда, -забивки свай
-штормами и ливнями
Пример: р-н Александровки в г. Ростове-на-Дону:
7
-перегрузка -УГВ -подмыв рекой
-поезда - сейсмичность.
Меры cдерживания – понижение УГВ, укрепление шпунтовыми стенками Для борьбы с оползнями надо знать:
Геологическое строение склона
-положение поверхности скольжения
-объем оползневого тела
-ГРУНТЫ: состав, состояние, С, f, Ео, и др.
-причины, породившие оползень
-рассчитать модель оползня;
-выполнить прогноз устойчивости склонов
--в природных условиях,
--при инженерном воздействии,
МЕРОПРИЯТИЯ по борьбе и профилактике в оползневых районах:
Пассивные:
-посадка деревьев и кустарника на склонах
-укладка дерна
-запрет подрезания склонов
Активные;
-возведение опорных стен
-выполаживание склонов
-закрепление грунтов склона
-устройство земляных контрбанкетов и ступенчатых откосов.
8
Деятельность поверхностных вод
ПЛОСКОСТНОЙ СТОК
Плоские струи поверхностного стока захватывают рыхлый, мелкий материал и перемещают его вниз по склону. Этот процесс называется делювиальным.
Плоскостной смыв уменьшает крутизну склонов и придает им плавные очертания. Более грубый материал – песчаный отлагается в вершине шлейфа. В нижней части шлейфа накапливается пыль и глина. Делювиальный процесс существует повсеместно,но более ярко проявляется в равнинных степных районах.
Формирование делювия зависит от:
- рельефа, - |
количества |
атмосферных осадков, - физико-химических свойств почв, - растительного покрова, |
- деятельности |
человека. |
|
Влияние уклонов рельефа: |
||
0,5-2,0 град. – смывается |
5- 6 см слоя |
|
2-5 град. - |
--“-- |
13-16 см |
>5 град.(балка) - --“-- |
32-35 см |
|
В Ростовской области за |
год смывается 33млн т грунта с площади 1,5 млн га. В результате теряются ценные |
пахотные земли, сокращаются площади промышленного и гражданского строительства.
ВРЕМЕННЫЕ РУСЛОВЫЕ ПОТОКИ
Различают временные потоки овражно-балочной сети равнин и временные горные потоки. Русловые потоки осуществляют эрозию, перенос и аккумуляцию твердого стока.
Развитие оврагов начинается с РЫТВИНЫ ИЛИ ПРОМОИНЫ. Они разрастаются вниз и вверх по склону и в глубину. Энергичная эрозия, устремляясь вниз по склону, достигает устьем реку, озеро или море - базис эрозии (уровень ниже которого эррозия в данной местности не развивается). Со временем, углубление эрозионного вреза постепенно
9
уменьшается и развивается боковая эрозия - склоны оврага постепенно осыпаются, - приобретают угол устойчивого естественного откоса и зарастают. В районах с рыхлыми породами, овраги быстро разрастаются. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, на огромных площадях. Далее овраги объединяются в балки, логи, лощины, суходолы, увалы.
Ростовская область.: Интенсивность оврагообразования – 40 тыс га/ год. Протяженность оврагов - 40 тыс км. Скорость размыва – 1,5 м / год.
БОРЬБА Активная: выполаживание рельефа, регулирование поверхностного стока системой нагорных канав и водоотводящих валов, посадка деревьев, кустарников на склонах, подпорные стенки, лотки на дне оврагов.
ПАССИВНАЯ борьба: запрет выпаса скота вблизи эрозионной сети, запрет распахивания полей вблизи эрозионной сети.
Временные горные потоки
Формируются в верхней части горных склонов как система сходящихся рытвин и промоин. Они образуют водосборный бассейн. Из него по склону вода движется уже в едином русле. Во время дождей или снеготаяния все промоины и канал стока заполняются водой, которая с большой скоростью движется вниз по склону. Захваченный водой обломочный материал усиливает разрушительную работу потока. На предгорной равнине скорость течения уменьшается, твердый материал оседает и образуется конус выноса. В строении конусов выноса материал сортирован вниз по склону: от более крупного до тонкого. Отложения конусов выноса называют пролювием.
|
СЕЛЬ |
|
Сель – временный горный грязекаменный поток. |
|
|
Равнинная или горная река с каменистым |
дном переносят до |
1 т/м 3 твердого вещества. Плотность селевого |
потока достигает от 1,5 т/м3 до 2,6 т/м3. |
Содержание твердого |
материала в селевом потоке возрастает в более |
крутых уклонах речного русла. |
|
|