2.Геодинамические процессы

Геодинамические процессы – это процессы и явления, возникшие в результаты взаимодействия инженерных сооружений с геологической средой.

Экзогенные процессы происходит за счёт воздействия атмосферы, гидросферы и гравитации на земную кору и охватывают её поверхностную часть. Экзогенные процессы климатического характера можно подразделить на криогенные и эоловые процессы, а также выветривание.

Выветривание.

Процессы выветривания протекают в течении всего геологического развития территории. При выветривании происходят процессы дробления (физического выветривания) пород, химического, физико – химического и биологического разложения минералов.

Физическое выветривание (дробление) пород происходит под влиянием суточных и сезонных колебаний температур, замерзания и оттаивания воды, заключённых в порах и трещинах пород.

Химическое и физико – химическое разложение минералов и образование новых минералов – продуктов выветривания – происходит при процессах окисления, гидратации, гидролиза, фильтрационного и осмотического выщелачивания пород. Окислению подтверждены органические вещества, закисные соединения железа и марганца, сульфиды и некоторые другие минералы. Для силикатов и алюмосиликатов наиболее характерны процессы гидролиза и гидратации, которые сопровождаются глубокой перестройкой кристаллохимической структуры минерала и образованием вторичных глинистых минералов с характерными кристаллическими решетками.

По скорости процесс выветривания можно разделить на стадии:

1. интенсивное выветривание – период за который формируется более 50% мощности коры выветривания

2. замедленное выветривание – период за который формируется более80%

3. затухающее выветривание – когда формируются максимальная мощность коры выветривания в данных природных условиях

Кору выветривания разделяют на три зоны: дисперсную, обломочную, и трещинную.

Дисперсная зона характеризуется полным преобразованием химико – минерального состава, структурно – текстурных особенностей и свойств исходных пород. Дисперсная среда определённой коры выветривания по своим свойствам является относительно однородной. Зоны легко подвергаются смыву и оползанию, что ведёт к уменьшению мощности зоны.

Обломочная зона выветривания формируется под влиянием процессов дезинтеграции пород с большей или меньшей степенью их химического разложения. Эта зона очень неоднородна: в зависимости от климатических условий в ней отмечается неравномерное распределение гидроокислов железа, гипса и карбонатов.

Трещинная зона выветривания определяется характером тектонических разломов и трещин, степенью раздробленности пород в них и глубиной проникновения агентов выветривания, зависящей от климатических условий, эрозийной расчлененности территории и разгрузки естественных напряжений.

Таким образом, характер изменения пород в процессе выветривания в первую очередь зависит как от пород, так и от климатических условии й в которых этот процесс протекает.

Элювий – продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования. В зависимости от характера материнских пород и типа выветривания может иметь различный механический состав, от глыб до глин. Более или менее постепенно переходит в подстилающие породы. Отличается отсутствием слоистости и сортировки, Иногда наблюдается реликтовая слоистость, отражающая текстуру исходной породы.

Речные эрозийные процессы. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность суши, стекают по уклону местности с наиболее высоких отметок водораздела вниз (в долины) и аккумулируются в продольных понижениях, имеющих вытянутую форму и следующих уклону местности. Эти понижения носят названия рек.

Реки совершают громадную геологическую работу, которую с инженерно – геологической точки зрения можно разделить на три вида:

1. размыв, или собственно эрозия

2. перенос или транспортировка.

3. сложение и аккумуляция.

Каждая река имеет по протяжённости три характерных участка: верхнее, среднее и нижнее течения.

Верхний участок, начинающийся от истока, имеет максимальный уклон и прямолинейное очертание в плане. На этом участке скорость течения значительная, река имеет большую жизненную силу и здесь происходит размыв русла в глубину – донная эрозия.

Ниже по течению расположен второй участок, её среднее течение. На этом участке уклоны дна заметно уменьшаются, что ведёт к понижению скорости течения. Здесь река не прямолинейна, это ведёт к интенсивному развитию боковой эрозии, которая приводит к обрушению подмытых берегов и следовательно к расширению долины реки. Таким образом, на втором участке река разливается в ширину, а её воды захватывают, переносят и частично откладывают продукты размыва.

На третьем (нижнем) участке уклоны дна становятся минимальными, вследствие чего река прекращает размыв и на смену ему приходит отложение наносов двух верхних участков. Здесь река обладает очень малыми скоростями течения.

В процессе своего движения река перекатывает, переносит во взвешенном состоянии или в растворённом виде большое количество размытой горной породы, частично откладывая её по пути в виде аллювиальных отложений, частично вынося в море.

Переработка озёр, морей, водохранилищ. Воды морей озёр и водохранилищ совершают большую геологическую работу, заключающееся в процессах абразии и аккумуляции пород прибрежной зоны. Эти процессы формируют береговую линию.

К основным фактором воздействия моря или озера на берега можно отнести: энергию (ударную силу) волны; литологический состав и условия залегания горных пород, слегающих береговую полосу, и форму очертания берега. Волны перерабатывают профиль берега в его надводной и подводной части, вызывают разрушения (абразию) пород. Слегающих берег и в тоже время под их воздействием происходит накопление (аккумуляция) и перемещение наносов.

Карст – это процесс воздействия подземных и поверхностных внерусловых вод на растворимые и проницаемые горные породы (карбонаты, гипс, ангидрит, соли, соду и др.), в результате которого возникают поверхностные пустоты. Образование и разрушение подземных полостей сопровождается обвалами, провалами и землетрясениями.

Карстовые полости, расположенные близко к земной поверхности могут представлять реальную угрозу в связи с возможностью развития провальных явлений.

Как правило, карст развивается в результате растворения карбонатных и сульфатных пород, реже галоидных. Известно. Что карбонатные, сульфатные и галоидные породы имеют различную растворимость. Наименьшая её величина характерна для карбонатных пород.

Известняки, доломиты. Гипсы и другие породы этой группы в большинстве случаев водопроницаемы только по трещинам. Поэтому трещиноватость пород, и в частности тектоническая трещиноватость, способствует возникновению карста.

Подземные реки иногда с большими расходами и большими скоростями производят под землёй такую же работу, как и поверхностные водотоки. В результате их действия образуются огромные подземные пещеры, достигающие многих километров в длину и больших размеров в поперечном сечении.

Карст развивается в большей степени в условиях влажного климата и расчленённого рельефа, способствующего поступлению воды в горные породы.

Гравитационные процессы.

Обвал – это отделение от массива крупного блока горных пород на крутом обрывистом склоне, происходящее вследствие потери устойчивости под влиянием различных факторов (выветривание, эрозия и абразия в основании склона и др.), и последующее обрушение и скатывание глыбово – щебнистой массы.

Обвалы часто происходят на склонах, монолитность пород которых нарушена тектоническими и другими трещинами и процессом выветривания. Особенно легко возникают обвалы, когда на склоне массива пласты слоистых пород падают в том же направлении, что и поверхность склона, или когда высокие склоны горных ущелий и каньонов разбиты вертикальными и горизонтальными трещинами на отдельные блоки.

Опасность обвалов надо оценивать с двух точек зрения: как прямую угрозу населённым пунктам и отдельным сооружениям и как возможность запруживания рек и образование озёр.

Борьба с обвалами, особенно крупными – дело сложное. Предупреждение обвалов достигается искусственным обрушением отдельных глыб или отдельных участков обвалоопасных склонов с помощью взрывов или другим путём.

Осыпи – это накопления, образующиеся при скатывании со склонов обломков пород различных размеров – от дресвы до крупных глыб, при преобладании щебня. Щебёнка осыпей состоит преимущественно из скальных пород. Характерной особенностью осыпей является их подвижность. Когда при накоплении щебёнка угол откоса осыпи становиться больше угла естественного откоса, свойственно слагающему её материалу, осыпь смещается и движется до тех пор, пока в результате естественного выполаживания откоса наступает состояние равновесия.

По подвижности осыпи подразделяются на действующие, затухающие и неподвижные. Действующие осыпи обнажены, лишены всякой растительности. Небольшие осыпи можно избежать планировкой и расчисткой склона или закреплением его подпорными стенками. Устранение больших осыпей целесообразно лишь при крупном строительстве.

Аллювий – это нанос, происходящий вследствие выветривания и размывания более древних пород и перенесения их текучими водами в речные долины, овраги о котловины.

Коллювий – это продукты выветривания, смещённые вниз по склону под влиянием силы тяжести. Накапливаются на склонах и в виде шлейфов у их подножия в результате осыпания обломочного материала.

Оползни – это скользящее смещение горных пород на склонах под действием собственного веса. Оползень возникает, когда склон оказывается в неустойчивом состоянии.

В результате возникновения оползня формируются элементы оползня:

1) надоползневой уступ – примыкающая к оползню площадка, расположенная выше бровки склона, не подверженная оползанию;

2) стенка срыва – верхняя часть поверхности скольжения, образовавшаяся в результате смещения вниз оползневого тела;

3) оползневые террасы – ряд уступов, расположенных один ниже другого и ориентированных параллельно бровке склона;

4) поверхность скольжения – поверхность, по которой происходит смещения оползня;

5) тело оползня – вся масса сползающего по склону грунта, ограниченная по глубине поверхностью скольжения;

6) вал выпора – возвышение, образующееся в основании склона и состоящее из нарушенных и перемятых грунтов.

Место выхода поверхности скольжения на дневную поверхность в верхней части склона называют вершиной оползня, а в основании склона – подошвой оползня.

Оползни возникают вследствие несоответствия крутизны склона характеру и состоянию слагающих его пород и его основания и других условий (высота, крутизна и форма склонов, особенности их геологического строения, величина и распределение напряжений).

Меры борьбы с оползнями делятся на: профилактические и инженерные. К профилактическим относятся наблюдение за нормальной работой существующих сооружений для отвода поверхностных и подземных вод, уход за лесонасаждениями и запрещение их вырубки, надзор за проведением земляных работ.

К инженерным мероприятиям относятся:

1.Устройство сооружений для отвода поверхностных вод.

2. Строительство дренажей для отвода подземных вод.

3. Планировочные работы – срезка верхней части склона и пригрузка нижней части для устойчивости.

4. Устройство подпорных стенок и набережных.

5. Устройства свай – шпилек для закрепления отдельных участков оползневого склона.

Эти два вида мероприятий направлены на предотвращение увлажнения или водонасыщения оползневого массива. Мероприятия третьей группы направлены на сохранения баланса земляных масс путём уменьшения объёма верхней призмы оползневого тела, выполаживая верхнюю часть склона путём устройства берм. Срезанный грунт укладывают в виде пригрузки у основания оползня, увеличивая устойчивость откоса.

Криогенные процессы.

Солифлюкция представляет собой медленное течение почв, которые по своему гранулометрическому составу часто представлены пылеватыми разностями; при этом их естественная влажность должна достигать полной влагоёмкости, уклон местности должен быть 3-10 градусов

Медленная солифлюкция развивается при наличии мёрзлого субстрата, способствующего переувлажнению оттаявшего слоя пород. При линейном строительстве на таких солифлюкционных склонах необходимо закрепление поверхностного слоя грунта растительностью.

Быстрая солифлюкция характерна для достаточно крутых склонах не менее 10-15 градусах, сложенных пылеватыми супесями и суглинками.