№%20кода%201701%20Фролов%20Инж.геология%202010

При длительном стоянии горизонта моря на одном уровне продукты разрушения береговой зоны скапливаются. Так образуется зона обломочных продуктов (песок, галька, гравий, скальные глыбы).

На формирование береговой зоны играют большую роль морские течения, которые возникают в связи с ветровыми режимами и приливами – отливами. Это приводит к образованиям мелей, кос, песчаных пляжей.

Проявление абразии опасно тем, что образуются оползнеопасные территории.

Для водохранилищ, в т.ч. и болот, характерно такое понятие как «сработка», т.е. разница уровня воды в условиях высокого и низкого его стояния. Это явление сходно с явлением «прилив-отлив», характерных для открытых водоемов. Учитывая, что берега закрытых водоемов сложены, как правило, глинистыми грунтами, это явление приводит к образованию оползнеопасных территорий. В Украине – это берега Азовского моря (Мелекино-Бердянск), Черного моря (ЮБК, Одесская область).

Разрушительное воздействие волновых процессов на береговую зону зависит от крутизны береговой зоны:

При крутизне до 50 сработки практически нет

При 5-100 в результате сработки образуется пляжная зона

При крутизне более100 возможен размыв берега, интенсивность которого определяется энергией волн и способностью береговых

пород подвергаться размыву От этих факторов зависит интенсивность разрушения береговой зоны.

Так в районе г. Одессы, берег которого сложен известково-ракушечным материалом (известняком-ракушечнеком) скорость разрушения берега достигает 1,5-2м в год, а в отдельных районах Азовского моря, берега которого сложены пылевато-глинистыми грунтами, - до 12м за год.

Лекция №7 Физико-геологические и инженерно-геологические процессы.

К физико-геологическим процессам относятся природные явления, которые могут нарушить сохранность и нормальную эксплуатацию зданий и сооружений и которые требуют разработки специальных мероприятий по борьбе с этими явлениями. К ним относятся:

Лессовые (просадочные) грунты;

Плывуны;

Суффозия, карстообразования;

Оползни и оплывины;

51

Селевые потоки;

Многолетняя мерзлота.

Кинженерно-геологическим процессам относятся явления, связанные с производственной деятельностью человека:

ПодтоплениеПодработка территории в связи с выемкой полезных ископаемых.

Лесс – пористая тонкозернистая осадочная гонная порода серо-желтого или палевого цвета, состоящая преимущественно из частиц пыли (0,05- 0,005мм) и частью из глинистых частиц (менее 0,005мм). В минералогическом составе лесса преобладает кварц, в меньшем количестве шпаты, каолинит, углекислый кальцит, слюда и др. минералы.

Лесс обладает высокой пористостью (40-50%) и способен сохранять вертикальные откосы до 10м и более. это объясняется тем, что в порах лесса остаются корешки растений и отложения легко растворимых солей. При замачивании водой происходит растворение заполняющих поры лесса веществ и реализуются просадочные явления, сопровождающиеся неравномерной осадкой грунта. Это вызывает серьезные деформации зданий и сооружений.

Плывуны – водонасыщенный песок, супесь, реже суглинок, способные при выветривании или при их вскрытии, например, при разработке котлована или при проходке подземных выработок расплывается и двигаться (течь) вместе с содержащейся в них водой. Это затрудняет ведение строительных работ, а иногда и приводит к серьезным авариям. Работа в этих условиях ведется либо с замораживанием массива, либо нессонным методом. Это истинные плывуны. Ложные плывуны – это породы не содержащие пылеватых, илистых и коллоидных частиц. Они легко отдают воду и в них можно осуществлять предварительное осушение.

Суффозия. Карстообразование.

Суффозией называется процесс вынесения из грунта мелких минеральных частиц напорным водным потоком. Это механическая суффозия. Чаще всего она возникает в песчаных и супесчаных грунтах. Это явление возникает на склонах или при высоком градиенте потока грунтовых вод. Напорные водотоки могут быть вызваны искусственно, например, при интенсивном откачивании грунтовой воды из скважин, котлованов, подвалов.

Явление «суффозия» может иметь несколько стадий:

В начале как простая фильтрация воды;

При повышении напорности водяного потока – вынос пылеватых частиц (собственно суффозия);

52

При увеличении напора – разрушение грунтового массива до плывуна и вынос его по типу селевого потока.

Вконечном счете это может привести к возникновению оползней.

Для борьбы с суффозией применяют дренаж, обратные фильтры и водопонижение.

Помимо механической суффозии есть химическая суффозия – процесс растворения горных пород (известняки, гипсы) и вынос продуктов растворения напорными подземными водами. С химической суффозией (или химическим выветриванием) связано явление «карстообразования».

К закарстованным районам относятся территории, сложенные грунтами, в толще которых есть растворимые горные породы. Карст представляет собой одну из форм химического выветривания. В определенных условиях карстообразование может привести к образованию лабиринта пещер и ходов, протяженность которого может составлять десятки километров.

Взависимости от типа растворяемых горных пород различают:

1.Карбонатный карст (известняк, доломит, мел). Растворение этих пород медленнее, но при увеличении скоростей фильтрации или увеличении гидравлического градиента происходит резкая активизация карстовых процессов.

2.Сульфатный карст. Карстовые процессы развиваются быстрее, чем при карбонатном карсте.

3.Соляной карст. Приурочен к залежам каменной соли. Карстовые процессы развиваются, как правило, в краевых частях и в кровле залежей. При нарушении

гидрогеологического баланса происходит резкая активизация карстообразования.

Территории Украины, где имеются карсты:

Крым

Закарпатье

Ровенская область

Донецкая область (Славянск, Артемовск).

Характерные деформации – провалы и оседание на больших площадях. Характеристика карстов по деформации при провалах: диаметр провала, глубина провала, количество провалов в год. В зависимости от этих характеристик определяется критерий устойчивости территории (главная

характеристика – количество провалов в год и диаметр). I – очень неустойчивая - (Д = 30-20м)

53

II – неустойчивая – от 1-0,1 (Д = 20-10м)

III – недостаточно устойчивая –от 0,1-0,05 (Д = 10-3м)

IV – относительно устойчивая – менее 0,05 (Д = менее 3м)

Оползни и оплывины.

Под оползнями понимается медленное перемещение земляных масс вниз по склону под влиянием силы тяжести. Это явление влечет за собой нарушение естественной структуры грунта. При перемещении земляных масс, которое происходит неравномерно, подвергаются деформациям наземные, заглубленные и подземные сооружения.

Для оценки устойчивости склонов и откосов необходимо знать формы проявления и возможности развития оползневого процесса. Форма оползня зависит в основном от природной обстановки, под которой понимаются следующие факторы:

Климатические условия территории;

Топографическая характеристика склона;

Инженерно – геологическая характеристика грунтов, слагающих склон;

Структурные особенности строения грунтового массива;

Гпдрогеологическая характеристика территории.

Наиболее распространенной является следующая классификация форм возможного нарушения устойчивости и деформации природных склонов.

1) Обвалы и вывалы Эта форма оползня свойственна для прочных горных пород

трещиноватых, которые под воздействием выветривания, перепада температур теряют устойчивость и осыпаются. Причем обвалы происходят, как правило, неожиданно. Сейсмические явления только интенсифицируют обвалы.

2) Обрушение со срезом и вращением Такое нарушение склонов очень характерно для берегов Азовского

моря, склоны которых сложены пылевато-глинистыми породами. Срез и вращение происходит под действием силы тяжести при уменьшении в определенный момент прочностных характеристик грунта. Причем вращение происходит по некоторой криволенейной поверхности. Сам срез очередного блока происходит быстро, но подготовка к этому срезу происходит интенсивно. Поэтому этот вид оползня цикличный характер.

54

3)Обрушение в результате склона рпи просадке грунта, подстилающего скальные породы.

При этом виде обрушения склон происходит очень быстро. Причинами просадки подстилающего слоя могут быть: замачивание, вызывающее просадочные явления, вынос глинистых частиц напорными воды (механическая суффозия).

4)Обрушение в результате скольжения некоторой верхней части грунтового склона по линии скольжения, приуроченной к кровле скальных пород. Для этого вида оползня характерна четко выраженная поверхность скольжения и правильная геометрическая форма этой поверхности.

5)Обрушение в виде оползня – сдвига.

Сдвиг происходит под воздействием гидростатического давления подземных вод. Перемещается сдвигаемый грунтовый массив по увлажненной кровле глинистого грунта, являющегося водоупорным.

6)Обрушение в виде оползня.

Вэтом оползне не четко обозначенной линии скольжения, а поверхность оползня имеет неправильную форму. Характерным является также то, что оползающая толща не разбивается на блоки, а представляет собой сплошную земную массу. В концевой части этого оползня могут развиваться оползни в виде обрушения, вращения. Еще это вид оползня называется оплывиной. Это оползни в виде течения пластичных масс грунта высокой влажности вплоть до селевого потока.

Оползни занимают большую часть территории Украины. Это – Южный берег Крыма, Причерноморье, Приазовье, Прикарпатье, берег рек (главным образом - Днепра), балки с крутыми откосами, пересеченные территории с большими перепадами высотных отметок. Оползневым явлением подвержены такие города как Киев, Днепропетровск, Днепродзержинск, Одесса, Ялта и другие города ЮБК, Краматорск и т.д.

Принята следующая классификация склонов с точки зрения их устойчивости и безопасности строительства.

1.Склон до 50 –устойчивый. Строительство возможно.

2.Склон до 200, территория ранее не была подвержена оползневым явлениям – относительно устойчивый.

Строительство возможно при осуществлении противооползневых мероприятий.

3.Склон более 200 , территория была подвержена древним или современным оползням – неустойчивый. Строительство возможно при осуществлении оползнями – неустойчивый. Строительство возможно в особых случаях при соблюдении всех противооползневых мер, целесообразность строительства определяется экономически.

55

Помимо крутизны склона решающую роль на развитие опоплзневого процесса играют следующие два фактора:

Увлажнение грунтового массива склона;

Пригруз поверхности склона.

Для морских и речных берегов решающим фактором является также сработка моря и реки, т.е. подмыв основания склона и волновые процессы.

Селевые потоки – кратковременные бурные потоки, вызванные паводками на горных реках, несущие большое количество наносов, которые придают им характер грязевых или грязе-каменных потоков. Для образования селевого потока необходимы три условия:

1.Интенсивный ливень или бурное снеготаяние;

2.Значительный уклон;

3.Наличие обломочного материала.

Скорость движения селя может достигать 10-15 км/час, а количество твердого материала может достигать 75% от общей массы потока. Объем материала, выносимого селем за один раз, достигвет 1,5млн/ м3 и более, вес отдельных глыб достигает 10т и более.

Для защиты от селя служат агролесомелиоративные мероприятия и устройство гидротехнических сооружений.

Многолетняя мерзлота – это слой мерзлых пород, залегающий на некоторой глубине от поверхности почвы и не оттаивающих длительное время. Характерным признаком многолетнемерзлых горных пород является наличие льда в виде кристаллов, слоев и жил. В области распространения этих пород широко развиты специфические процессы и явления: пучение при промерзании и проседание поверхности почвы при оттаивании; солифлюкация – течение протаявших переувлажненных горных пород и др. Для Украины это явление на характерно.

Подтопление может связано с климатическими (чаще погодными катаклизмами), а также с производственной деятельностью человека (различные утечки из канализационных сетей, особенно характерно для мокрых технологий). Для Донбасса – это явление связано с закрытием старых шахт и прекращеним откачки подземных вод, во многих случаях напорных, подпитывающих отвалы (т.е. скважины). Это явление может приводить к защелачиванию территорий, которые в дальнейшем могут быть непригодными для размещения строительных площадок, к ухудшению строительных свойств, так и в рядом расположенных территорий.

Кроме того подтопление может вызвать просадочные явления, когда при постоянном внешнем давлении на грунт происходят просадки основания под фундаментами, чаще неравномерными. Это приводит к деформациям зданий и сооружений, часто достаточно серьезным.

Подработка территорий наиболее характерна для Донбасса и других угледобывающих районов. Выемка полезных ископаемых месторождений приводит к неравномерной деформации (опусканию, крену и т.д.) поверхности земли, на которой сооружены или будут сооружаться различные

56

объекты. Кроме того образование т.н. мулья на поверхности земли в результате неравномерной деформации поверхности может привести с ее заболачиваемости.

Лекция №8 Подземные воды, классификация подземных вод.

К подземным водам относятся воды, находящиеся в порах, трещинах и пустотах горных пород. В горных породах содержится свободная (гравитационная) вода, способная передвигаться под влиянием силы тяжести, и связнная, удерживаемая на поверхности твердых частиц в виде пленочной воды (сорбированной–прочносвязной и рыхлосвязной). Кроме того, имеется вода гигроскопическая (молекулы водяного пара) и каппилярные. Часть воды (конституционная, кристаллизационная, цеолитная) входят в состав минералов.

Породы, содержащие свободную воду, называются водоносными, а пласты водонасыщенных пород – водоносными пластами (горизонтами).

С точки зрения строительной практики анализ гидрогеологических условий имеет очень большое значение, т.к. вода снижает строительные свойства грунта, приводит к развитию оползневых явлений, заболачиванию и подтопляемости территорий. По своему происхождению подземные воды подразделяются на:

−Инфильтрационные

−Конденсационные

−Остаточные (погребельные или реликтовые)

−Ювенильные

Инфильтрационные воды образуются в результате инфильтрации (просачивания)выпадающих на поверхность земли атмосферных осадков в грунтовый массив. Часть этих осадков испаряется, часть (поверхностный сток) стекает в водоемы и водотоки, а часть инфильтруется в толщу горных пород и образует скопление подземных вод, которые в виде ключей питают открытые водотоки и водоемы. Кроме того инфильтрацианная вода может просачиваться (фильтрация через земляные пласты или дренироваться различными рода оврагами).

Конденсационные воды образуются при конденсации водяных паров в порах грунта.

Остаточные воды – это воды бывших морских водоемов после отступления моря. Они отличаются повышенной минерализацией и залегают на больших глубинах. Они образуют водоемы, перенасыщенные различными солями.

57

Ювенильные воды – это воды, проникающие в поверхностные горизонты земной коры из более глубоких недр Земли, возникая при конденсации паров воды, выделяемых магмой. В процессе проникновения к поверхности они смешиваются с подземными водами, образуя источники минеральных вод.

Строительная практика имеет дело в основном с инфильтрационной водой и частично – с конденсационной.

Наука Гидрогеология выделяет в верхней части земной коры две зоны:

−Зона аэрации

−Зона насыщения

Взоне аэрации происходит вертикальное просачивание (инфильтрация) атмосферной влаги до уровня грунтовых вод. В зоне аэрации поры заполнены в основном водяными парами и частично водой. Здесь происходят интенсивные процессы газопарообмена. При нарушении этих процессов, например, создании на поверхности земли водонепроницаемых экранов, происходит поднятие УГВ.

Мощность зоны аэрации определяется глубиной залегания УГВ и может изменяться от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров (в зависимости от рельефа местности и климатических особенностей района).

Эта зона играет чрезвычайно важную роль при оценке инженерногеологических условий строительной площадки, т.к. при этом необходимо учитывать «капиллярное поднятие воды»

Взоне аэрации вода находится в таких состояниях:

−Водяной пар

−Гигроскопическая вода

−Пленочная вода

−свободная (или гравитационная) вода

Вода в зоне аэрации играет очень большую роле во влажностном режиме грунтов, что, в свою очередь, определяет строительные свойства грунта. Кроме того, свободная вода, находящаяся в виде медленно перемещающейся вниз, может, встречая линзы плотных глин, образовывать «верховодку». С точки зрения строительной практики неприятность «верховодки» заключается в том, что местоположение ее труднопредсказуемо, а ее влагоемкость носит сезонный характер.

Взоне насыщения различают следующие типы воды:

−грунтовые

−трещинные

−карстовые

58

− напорные (артезианские)

Грунтовыми водами называются воды первого от поверхности земли постоянно существующего горизонта. Сверху он ограничен подвижным уровнем нижней границей аэрации (зеркало грунтовой воды), снизу – кровлей водоупорного слоя. Мощность зоны капиллярного поднятия определяется размерами пор грунта и сообщаемостью пор между собой. Чем меньше размер пор и чем меньше достигать 6-12м. В песках она достигает

0,5м.

Грунтовые воды характеризуются следующими особенностями.

1.Они безнапорны, т.е. имеют свободную поверхность воды.

2.Колебания УГВ носит сезонный характер, а абсолютная отметка УГВ является зональной, т.е. чем ближе к югу, тем глубже от поверхности земли грунтовые воды.

3.Характер УГВ зависит от характера рельефа, т.к. овраги, реки и другие понижения рельефа являются естественными дренажами,

авозвышенные участки – областями накопления влаги. Другими словами – УГВ достаточно точно передает характер рельефа.

4.Так как их движение происходит по сообщающимся порам, то

возможно проектировать дренаж и водопонижение.

Трещинные воды – это одна из разновидностей грунтовых вод, но обладают рядом особенностей, т.к. они циркулируют не по порам, а по трещинам скальных пород. Поэтому в отличие от грунтовых трещинные воды не имеют строгой закономерности в распространении дренажа затруднено. Характеристика их водопроницаемости как по вертикали, так и по горизонтали, непостоянна. Это объясняет то обстоятельство, что законы движения подземных вод в трещиноватых скальных породах изучены слабо.

Карстовые воды – это подземные воды, движущиеся по каналам крупных размеров, образованным в результате химической суффозии легкорастворимых горных пород. Как правило эти каналы образуют сложную систему подземных полостей и пещер. Высокая водопроводность карстовых массивов приводит к образованиям подземных озер и постоянно действующих карстовых рек, а также поверхностных карстовых источников. Колебания уровня и расхода карстовых вод носит сезонный характер.

Напорные (артезианские) воды образуются в нижних водоносных горизонтах, когда водоносный пласт залегает между двумя водоупорными пластами. Чаще всего артезианские бассейны связаны с тектоническими впадинами платформ. Если вскрыть такой водоносный слой, то может возникнуть фонтан.

59

В каждом водоносном горизонте артезианского типа различают такие элементы:

a) область питания. Здесь происходит инфильтрация атмосферных осадков в грунт.

б) область разгрузки. Здесь артезианская вода выходит на поверхность.

в) область запора. Здесь артезианская вода находится под давлением (напором).

Движение воды в гонных породах (грунтах), расчет водопритока к водозаборным сооружениям.

Подземные воды практически всегда находятся в движении. Как известно, движение воды может быть спокойным (ламинарным) или бурным (турбулентным). Турбулентный характер движения воды характерен для крупнообломочных и трещиноватых пород. Что касается пористых грунтов, то движение воды в них носит ламинарный характер. Такое движение воды в порах горных пород (и, в частности, грунтов) получило название фильтрация.

Французский ученый Дарси в 1856г. сконструировал установку, моделирующую движение воды в песчаных грунтах. Проведя серию опытов, Дарси установил такую зависимость. Объем профильтрованной воды (Q) пропорционален площади фильтрации (А), времени фильтрации (t), гидравлическому градиенту (I) и зависит от водопроницаемости грунта, которая характеризуется коэффициентом Kf , названным коэффициентом фильтрации. Аналитическая запись этой зависимости имеет вид:

Q = Kf A t

Гидравлический градиент равен I=

Если разделить правую и левую части полученного выражения на (At), то получим:

= Kf I

Величина представляет собой удельный расход воды (q) объем

воды, который фильтруется через единичную площадь А, т.е. площадь, имеющую ширину 1м и среднюю высоту в пределах рассматриваемого

участка = за единицу времени t.

Таким образом, обозначив= q, получим;

q = Kf I

60