- •ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
- •Введение. Основные задачи и значение инженерной геологии
- •Глава 1. Основные сведения о Земле
- •§ 1. Происхождение Земли
- •§ 2. Форма, масса и плотность Земли
- •§ 3. Строение Земли
- •ЧАСТЬ II. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
- •§ 1.3. Метаморфические процессы минералообразования
- •§ 2. Строение минералов
- •§ 3. Химический состав минералов
- •§ 5. Классификация и распространенность минералов
- •§ 1. Структура и текстура горной породы
- •§ 2. Магматические горные породы
- •§ 3. Осадочные горные породы
- •§4. Метаморфические горные породы
- •ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ
- •§ 1. Колебательные движения земной коры
- •§ 2. Складчатые и разрывные движения
- •§ 3. Ненарушенное и нарушенное залегание горных пород
- •§ 1. Трещиноватость горных пород
- •§ 2. Геометрические элементы тектонических разрывов
- •ЧАСТЬ IV. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ
- •ЧАСТЬ V. ГРУНТОВЕДЕНИЕ
- •ЧАСТЬ VI. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
- •Глава 1. Виды подземных вод
- •Глава 2. Химический состав подземных вод
- •Глава 3. Законы движения подземных вод
- •§ 1. Связь расхода и напора подземного потока
- •§ 2. Общие условия движения подземных вод
- •§ 3. Методы определения коэффициента фильтрации
- •Глава 4. Воздействие подземных вод на горные породы и грунты
- •§ 1. Гидростатическое и гидродинамическое давление в нескальных грунтах
- •§ 2. Явление плывунности
- •ЧАСТЬ VII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
- •Глава 1. Выветривание и связанные с ним явления
- •§ 1. Виды выветривания
- •§ 2. Меры борьбы с процессами выветривания
- •§ 3. Геологическая деятельность ветра
- •Глава 2. Геологическая деятельность атмосферных и поверхностных вод
- •§ 1. Виды речных долин и русловых отложений
- •§ 2. Методы борьбы с негативными последствиями геологической деятельности атмосферных и поверхностных вод
- •§ 1. Ледники, моря и озера. Защита берегов
- •§ 2. Неблагоприятные процессы и явления, возникающие на искусственных водохранилищах и меры борьбы с ними
- •Глава 4. Суффозия механическая и химическая. Плывуны. Методы борьбы с суффозией и плывунами
- •§ 1. Суффозия механическая и химическая
- •§ 2. Методы борьбы с суффозией и плывунами
- •Глава 5. Движение грунтов на склонах и откосах. Меры предупреждения и борьбы с оползнями
- •§ 1. Движение грунтов на склонах и откосах
- •§ 2. Меры предупреждения и борьба с оползнями
- •Глава 6. Процессы и явления, связанные с промерзанием и оттаиванием грунтов
- •Глава 7. Просадочные явления
- •Глава 8. Процессы и явления, возникающие в грунтах под сооружениями
- •ЧАСТЬ VIII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
- •Глава 1. Стадии проектирования
- •Глава 2. Методы инженерно-геологических исследований
- •Глава 3. Инженерно-геологические исследования для гидротехнического строительства
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- •СОДЕРЖАНИЕ
103
в котором могут находиться различные грунты (от глин до крупнообломочныхгрунтовидажескальныепороды– сланцы). Состояниеэтоцеликомзависитотвеличиныгидравлическогоградиентаj, и, приизменении гидродинамическогорежима(уменьшенииj), плывучестьисчезает. Такие плывуны называются фильтрационными или псевдоплывунами;
−из-за особых свойств грунта, определяемых его минералогическимигранулометрическимсоставом. Плывунностьвозникаетнаоснове тиксотропныхизмененийструктурыгрунта. Такиеплывуныназываются
тиксотропными или истинными.
Тиксотропия– явление, котороенаблюдаетсявколлоидныхсистемах и заключается в том, что под влиянием внешнего воздействия (толчок, встряхивание, вибрация, ультразвук) систематеряетструктуруиразрушается, а после удаления воздействия – восстанавливается. К тиксотропнымотносятгрунты, которыесодержатколлоидныечастицы, например – тонкие глины.
ЧАСТЬ VII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Глава 1. Выветривание и связанные с ним явления
Выветриваниемназываютпроцессразрушенияиизменениясоставаисостояниягорныхпородподвоздействиемфизическихявлений, химических процессов и деятельности различных организмов.
Первоначальныйсмыслтермина«выветривание» теперьуженеотражаетсущностипроцессаинеправильнозвучитнарусскомязыке, вызываяпредставлениеодеятельностиветра. Вдействительности, геологическаяработаветранеимеетпрямогоотношениякпроцессамвыветривания и сводится, в основном, к переносу, измельчению, шлифовке продуктов разрушения (выветривания). Более правильным следует считать термин гипергенез, предложенный академиком Ферсманом.
§ 1. Виды выветривания
Различают насколько видов выветривания: физическое, химическое и биологическое (органическое) выветривание.
Нагорныепородывсеуказанныевидывыветриванияобычнодействуют одновременно, но проявляются они, в зависимости от местных условий, по-разному.
104
Подвлияниемпроцессовфизическоговыветриванияимеющаяся вгорныхпородахтрещиноватостьпрогрессируетподвоздействиемтемпературных напряжений (суточных колебаний температуры) и проникающей в трещины и замерзающей и оттаивающей воды. В результате массивгорнойпородырасчленяетсянаотдельныеэлементы– блоки, отражая отдельность породы. В дальнейшем, происходит расчленение на все более мелкие элементы – глыбы, щебень, дресву.
Весьэтотобломочныйматериалможетоставатьсянаместе, погребаяподсобойматеринскуюпороду(образуятакназываемыйэлювийили элювиальные отложения). В других случаях, обломочный материал может смещаться вниз по склону, иногда вызывая обвалы и осыпи; такой перемещенныйматериалназываетсяделювийилиделювиальныеотложе-
ния.
Химическое выветривание горных пород происходит под воздействиематмосферныхгазов, атакжеводысраствореннымивнейсолями и газами (в основном О2 и СО2). Особенно хорошо выветриваются гипс, соль, известняки и доломиты (то есть химические и органические осадки). Из магматических пород наименее стойкими являются породы глубинногопроисхождения, напримерграниты, диориты, ультраосновные породы.
Химическоевыветриваниеособо интенсивно проявляетсявусловиях жаркого и влажного климата. Например, в Африке имеются значительные по площади так называемые коры выветривания, мощностью в десятки метров, сложенные продуктами выветривания магматических пород – бокситами (важнейшая руда на алюминий).
Процессыбиологического(органического) выветриванияочень разнообразны, в них участвуют как микроорганизмы, так и растительность. Растениядействуютнагорныепородыкакмеханическимспособом (распираниепородрастущимикорнями, разрушениеотраскачиваниядеревьев) такихимическим(спомощьюорганическихкислот, выделяемых корнями). Особенноактивнодействуютмхиилишайники, которыеразъедаютдажесамыетвердыепороды. Рольмикроорганизмовоченьвелика как активаторов химических процессов.
Основноезначениевыветривания, какинженерно-геологического процессазаключаетсявослабленииподвергшихсявыветриваниюпород, связанном с их расчленением (дезинтеграцией) и разложением. Сопротивлениенагрузкевыветрелыхскальныхпородвовсехслучаяхпонижается. Этотфакторотражается, преждевсего, вповышеннойтрещиноватости. Обычно в приповерхностной части выделяют так называемую зону повышенной трещиноватости или зону выветривания мощностью от несколькихметровдонесколькихдесятковметров, напримеругранитов.
105
В областях тектонического дробления, разрывов, в ядрах складок зона активного выветривания можетраспространятьсяпо этим тектоническим нарушениям на значительную глубину.
Неоднородность затронутой выветриванием толщи, связанная с различными породами или с тектоническими нарушениями, влечет за собойнеравномерностьосадкиразличныхчастейсооружения, построенного на этой толще.
Характерно, чтовыветриваниеводоустойчивыхпородпроисходит лишьнагоризонтах, лежащихвышеуровняповерхностныхиподземных вод. То есть, подземные воды прекрасно защищают породы от выветривания. Например, под покровом разрушенных выветриванием древних глин, ниже УГВ эти глины настолько хорошо сохранились, что на них была построена высокая (93м) плотина Минчегаурской ГЭС в Азербайджане.
§ 2. Меры борьбы с процессами выветривания
Напрактикезонаинтенсивновыветрелыхпород(зонаповышенной трещиноватости) обычнопередстроительствомудаляется. Втехслучаях, когдамощностьэтойзоныслишкомвелика(несколькодесятковметров), съемневозможенилиэкономическинецелесообразен; предусматриваютсяспециальныеинженерныемероприятиядляобеспеченияустойчивости и прочности проектируемых сооружений. К таким мероприятиям относятся:
1.Покрытиегорныхпороднепроницаемымидляагентоввыветривания материалами. Наилучшим материалом для защитного покрытия являетсясуглинок, таккаконобладаетпочтиуниверсальнымизащитнымисвойствами. Уложенныйслоемдостаточноймощности, оннепропускаетнижидких, нигазообразныхагентоввыветриванияиможетпогасить резкиеколебаниятемпературы. Крометого, суглинок, какпродуктнаиболее поздних стадий выветривания, сам мало подвергается разрушению. Хорошимизащитнымисвойствамиобладаетбетон, ноэтоболеедорогой материал, крометого, онсамможетразрушаться. Песокзащититпороду отколебанийтемпературы, нонезадержитжидкиеигазообразныеагенты выветривания.
2.Пропитываниепородразличнымивеществами. Вкачествепропитывающихвеществупотребляютжидкоестекло, гудронидр., атакже– цементныйраствор. Следуетподчеркнуть, чтоприменениепропитывающихвеществограниченотемиилиинымиусловиями(фильтрационными свойствами пород, характером трещиноватости).
3.Искусственнаянейтрализацияагентоввыветриваниядостигается путем введения в воду, фильтрующуюсяв породе, солей с целью умень-
106
шитьрастворяющуюспособностьводы. Способдовольнодорогойигромоздкий (необходима специальная стационарная установка).
4. Планировкатерриторийиотводвод. Проникновениеповерхностныхводвгорныепородыможнопредотвратитьспомощьюпланировки территории, мощения, устройстванагорныхканав, ливнестоков. Подземныеводымогутбытьперехваченыпутемустройствадренажныхгалерей, колодцев, искусственных завес (цементации, силикатизации, замораживания).
§ 3. Геологическая деятельность ветра
Геологическая деятельность ветра проявляется на континентах и состоит в разрушении горных пород, переносе и отложении (аккумуляции) продуктов разрушения.
Вприродеэтоединыйпроцесс. Исключениесоставляютпустынис господствующими ветрами, где в центральных частях преобладает разрушение, а на окраинах пустынь, у препятствий – аккумуляция.
Разрушительнаядеятельностьветраскладываетсяизвыдуванияи развевания частиц горных пород – дефляции и механической обработки поверхностейобнаженныхгорныхпородпереносимымиветромчастица-
ми – корразии.
Корразияидефляциявзаимосвязаны; врезультатеихдеятельности возникаютпричудливыефигурыиформырельефа, например, качающиесякамни(грибы), образовавшиесяврезультатеразработкигоризонтальных трещин в породе.
Скоростьдефляцииневеликаисоставляетвсреднем17 см/век, но на отдельных территориях, в зависимости от интенсивности ветров и прочности пород, может быть и больше (например, в Египте скорость дефляции – 60 см/век, что очень плохо для архитектурных памятников).
Переносветромвозможен, восновном, дляпесчаныхипылеватых частиц (размером 1мм и менее), хотя при сильных ветрах (ураганах) переносятсядаженебольшиекамни. Приэтомчастицылибоперекатываютсяпоповерхностиземлилибопереносятсявовзвешенномсостоянии. При этомчастицыистираютсядругодруга, обтачиваются, шлифуются. Переносиногдаосуществляетсянаоченьбольшиерасстоянияивоченьбольшихколичествах. Например, песокизСахарыпереноситсясильнымипас- сатамина2000-2500кмнадАтлантическимокеаном, анаКанарскихостровахв1863гвыпалооколо10 млн. тоннпескаизСахарыиобразовались песчаные дюны.
Песчаныеотложения, восновном, представляютсобойбарханыи дюны (см. рис. 7.1).
107
Барханы – песчаные холмы серповидной формы. С наветренной стороны их склоны пологие, крутизной 8-14°, с подветренной – крутые (30-35°). Барханы образуются в пустынях.
Дюны– длинныевытянутыевалысасимметричныминаветренным и подветренным склонами. Часто образуются вдоль побережий.
Рис. 7.1. Барханы: а) общий вид; б) направление ветра при образовании барханов; I – профиль; II – план.
Длядюнибархановхарактернопоступательноедвижение: достигнувопределенныхразмеров, ониначинаютперемещатьсявнаправлении ветра. Барханы перемещаются со скоростью до 12м/год, дюны – до
20м/год.
Наиболее эффективный и древний метод борьбы с подвижными песками– закреплениепесковрастительностью. Сейчасониспользуетсяс предварительнымсозданиеммеханическихзащит. Это– такназываемый пассивный метод борьбы.
Активные меры предусматривают управление потоками воздуха, основанноеназаконахаэродинамики. Силаветраослабляетсясетьюпреград – лесополос, щитов, заборов, плетней; при этом меняется и направление переноса рыхлых частиц. Вдоль дорог создаются так называемые отсечные полосы с определенным профилем и с покрытием из фикси-