Раздел III. Геологические (геодинамические) процессы

1.

Карст - процесс растворения и размыва поверхностными и подземными водами растворимых трещиноватых пород с образованием отрицательных форм рельефа и различных пустот в глубине. К карстующимся породам относятся известняки и доломиты, гипс, ангидрит, соли.

Развитие карста: Наиболее характерны для карста отрицательные формы рельефа. По происхождению они подразделяются на формы, образованные путём растворения (поверхностные и подземные), эрозионные и смешанные. По морфологии выделяются следующие образования: карры, колодцы, шахты, провалы, воронки, слепые карстовые овраги, долины, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы. Для развития карстового процесса необходимы следующие условия:

а) наличие ровной или слабо наклонной поверхности, чтобы вода могла застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам;

б) толща карстующихся пород должна иметь значительную мощность;

в) уровень подземных вод должен стоять низко, чтобы было достаточное пространство для вертикального движения подземных вод;

г) минерализация воды на входе в грунт должна быть меньше растворимости породы.

По условиям залегания различают открытый карст – карстующиеся породы выходят на поверхность; закрытый карст - карстующиеся породы перекрыты сверху нерастворимыми породами. Поверхностные формы карста представлены каррами, понорами, карстовыми воронками, котловинами, подземные – карстовыми каналами, шахтами и пещерами. В пещерах формируются сталактиты и сталагмиты.

Строительство в карстовых районах связано со значительными трудностями, так как карстующиеся породы являются ненадежным основанием. Пустотность снижает прочность и устойчивость пород, как оснований зданий и сооружений. Развитие карстовых форм может вызвать недопустимые осадки или даже полное разрушение конструкций. Карстовый процесс особенно опасен для гидротехнических сооружений. Через карстовые пустоты возможны утечки воды из водохранилищ, каналов. При строительстве в карстовых районах необходимо осуществлять ряд мер, направленных на прекращение развития карстовых форм, повышения устойчивости и прочности пород:

- предохранять растворимые породы от воздействия поверхностных и подземных вод, что достигается планировкой территории, устройством системы ливнеотводов, покрытием поверхности слоем жирной глины, выполняющей роль гидроизоляции. Фильтрация подземных вод пресекается сооружением дренажных систем;

- упрочнять карстующиеся породы и одновременно предотвращать доступ в них воды, что может быть достигнуто нагнетанием в трещины и мелкие пустоты жидкого стекла, цементного или глинистого раствора, горячего битума.

В карстовых районах предусматривают строительство зданий малочувствительных к неравномерным осадкам, фундаменты свайного типа и другие специальные конструктивные решения. Для правильного проектирования зданий и сооружений в карстовых районах необходимы детальные инженерно-геологические исследования, которые должны носить комплексный характер. При этом изучают климат, растительность, гидрологию, геоморфологию, геологию местности, подземные воды и в том числе все, что связано с самими карстовыми формами.

2.

Суффозия – вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Она наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом: Большие частицы создают структурный каркас породы, образуя поры, достаточные для прохода наиболее маленьких частиц (глинистые, пылеватые). Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора .

Основной причиной возникновения суффозии следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды.

Различают два вида суффозии:

- физическую

- химическую.

При физической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы глинистые, пылеватые, песчаные.

При химической вода растворяет частицы породы гипс, соли, карбонаты и выносит продукты разрушения.

Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли.

В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя.Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов.

Способ оценки суффозионного процесса

Количество воронок ед/	Интенсивность проявления процессов
нет	Отсутствует
	Слабая
2-5	Опасная
>5	Чрезвычайная

При проектировании объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки, определить величину и характер протекания суффозионной осадки.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать.

- в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40% осадка практически не проявляется.

- наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большей пористости грунтов

- величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний засоленных грунтов статической нагрузкой (штампом) после длительного замачивания.

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по специальным требованиям строительных норм и правил. При возведении объектов используется различные приемы строительства:

- Прорезка фундаментами зданий слоя суффозионного грунта

- Водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод

- Прекращение фильтрации подземной воды устройством дренажей и водонепроницаемых завес

- Отсыпка на основании грунтовых подушек песка или суглинков

- Предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового основания

- Искусственное закрепление массива грунтов методами технической мелиорации.

3.

Плывуны – водонасыщенные рыхлые горные породы, обычно пески, которые при вскрытии различными горными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости.

Основной причиной проявления у пород плывунных свойств является гидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада (градиента) давления грунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т.п.).

Для определения критического значения градиента фильтрации при котором порода переходит в плывунное состояние, рекомендуют формулу

Ложные (фильтрациооные) плывуны – это породы, не имеющие структурных связей, обычно в виде различных песков. Переход в плывунное состояние происходит под действием высокого гидродинамического давления потока подземных вод. Коэффициент фильтрации достигает 1-2м/сут.

Истинные (коллоидные) плывуны – это породы с коагуляционными или смешанными связями в виде глинистых песков, а также супесей, суглинков. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к себе влагу глинистых частиц. Значение коэффициента фильтрации очень низкие 0,005 до 0,0001 см/с.

Склонность породы к плывучести можно установить по величине водоотдачи, высокой пористости (более 43%), по гидрофильности глинистых частиц и другим факторам. В полевых условиях способность к плывунности пород устанавливается по образованию в скваженах при бурении водопесчаных «пробок».

Способы борьбы с плывунами можно разделить на три группы:

- Искусственное осушение плывунных пород в период строительства (открытая откачка воды из котлованов, иглофильтры и др.)

- Ограждение плывунов путем создания шпунтовых стен.

- Закрепление плывунов путем изменения их физических свойств (силикатизация, цементизация, замораживание и т.д.)

4.

Тиксотропия – способность дисперсных грунтов и суспензий восстанавливать исходную структуру, нарушенную механическим воздействием. Свойством тиксотропии обладают отдельные виды плывунов, глинистых грунтов; это свойство имеет промывочная жидкость, применяемая при бурении.

Тиксотропия проявляется в разжижении при достаточно интенсивном встряхивании или перемещении гелей, паст, суспензий и других систем с коагуляционной дисперсной структурой и их загущении (отвердении) после прекращения механического воздействия.

Тиксотропное восстановление структуры – механически обратный изотермический процесс, который может быть воспроизведен многократно.

Тиксотропия проявляется в том, что под влиянием внешних динамических воздействий (вибрация, встряхивание) грунт переходит в текучее состояние с сопровождающимся разжижением грунта. После прекращения внешнего воздействия со временем грунт переходит в прежнее устойчивое состояние. Подобное явление объясняется переходом связной воды в свободную воду, что сопровождается нарушением внутренних связей. При этом водные оболочки в местах бывших контактов резко утолщаются, в результате чего структурные связи межу частицами нарушаются и коллоидная система быстро разжижается.

Переход грунта в тиксотропическое состояние происходит под влиянием динамических и вибрационных нагрузок и сопровождается резким снижением механической прочности грунта.

Известны случаи внезапного разжижения водонасыщенных песков в основании сооружений и в откосах подтопленных или затопленных водой. Разжижение песков обычно связано с воздействием на них различных сотрясений, но оно может возникать и под влиянием фильтрации, вызванной происшедшими изменениями в напорах грунтовой воды. Разжижение водонасыщенного песка представляет собой процесс разрушения структуры, разуплотнения и уменьшения прочности. Толчки и удары, вызванные землетрясением, взрывами, движением транспорта, могут оказаться причиной разжижения песка, при котором частицы теряют на какое-то время взаимную связь и неожиданно резко разрыхляются

5.

В сравнительной характеристике следует рассказать обо всех трех явлениях по чуть-чуть и надеятся, что на этом вопрос будет исчерпан.:)

6.

Просадка – дополнительная вертикальная деформация грунта (часто значительная по величине и быстро протекающая во времени), находящаяся в напряженном состоянии под действием внешних нагрузок или собственного веса, происходящая при замачивании лессов и лессовидных грунтов, оттаивании мерзлых грунтов, сотрясениях песчаных грунтов, вызванных динамическим воздействиями и вибрацией.

Набухание – увеличение объема грунта (горной породы) вследствие поглощения из окружающей средыжидкости или паров воды. Н. происходит в результате расклинивающего действия образующихся на поверхности частиц или утолщающихся пленок связанной воды, а так же за счет увеличения объема некоторых минералов при их гидратации (монтмориллонит, ангидрит). Свойством Н. обладают главным образом глинистые грунты. Величина набухания зависит от структуры грунта, действующего давления, дисперсности частиц, степени влажности, вида и количества солей и характеризуются следующими показателями: величиной свободного набухания (относительное увеличение высоты образца при полном водонасыщении без возможности бокового расширения и отсутствии вертикального давления), величиной Н. при различных давлениях на образец, давлением Н. (давление, при котором образец грунта, находящийся в кольце, не набухает), влажностью Н. (влажность набухшего образца) и полностью набухшего грунта. См.Усадка.

Усадка – свойство глинистых грунтов уменьшать свой объем при высыхании; процесс обратный набуханию.

Просадочность в лессовых грунтах – явление характерное для многих лессовых пород. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой. Форма опускания зависит от особенности источника замачивания. При точечных источниках образуются блюдцеобразные понижения. Инфильтрация (нисходящее движение свободной воды в ненасыщенных ею горных пород по порам и мелким трещинам) воды через траншеи и каналы приводит к продольным оседаниям поверхности.

Структура лессовых пород по всей прочности неодинакова. В одних случаях она разрушается после водонасыщения и при одновременном приложении к ней нагрузки от объекта. Такие породы относят к 1-ому типу по просадочности.

В других слачаях лессовые породы разрушаются уже при водонасыщении только под собственным весом. Это породы 2-ого типа по просадочности.

За количественную характеристику просадочности принимают величину относительной просадочности породы , которую определяют в лаборатории по отдельным образцам, взятым из лессовой толщи. Образцы отбирают через один метр или из различных слоев породы с сохранением структуры и природногй влажности. Величины получают по результатам лабораторных компрессионных испытаний. При значениях > 0,01 породу определяют просадочной. По величине отдельных образцов определяют общую величину просадки , данной лессовой толщи.

В полевых условиях определяют методом штампа, который размещают на глубине подошвы будущего фундамента и передают на него необходимое давление и замачивают породу. Такого вида определения дают наиболее точные результаты.

Строительство на лессовых просадочных породах. В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры лессовые породы являются достаточно устойчивым основанием. Однако если существует потенциальная возможность проявления просадки и это приводит к деформации зданий и сооружений, требуется осуществления различного рода мероприятий.

Выбор мероприятий производят на основе технико-экономического анализа, в число факторов которого входят:

- тип просадочности

- мощность просадочных пород и величина просадки

- конструктивные особенности зданий и сооружений.

Все методы подразделяют на три группы:

1) водозащитные

2) конструктивные

3) устраняющие просадочные свойства пород

Водозащитные мероприятия предусматривают планировку строительных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов, устройство водонепроницаемых полов, покрытий, отмосток и т.д.

Конструктивные мероприятия рассчитаны на приспособление объектов к возможным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен и прочности стыков, армирование зданий поясами, применение свайных а так же уширенных фундаментов.

Наибольшее число методов связано с устранением просадочных свойств. Их подразделяют на две группы:

- Механические

- Физико-химические

Механические преобразуются либо с поверхнрости (трамбовка), либо в глубине толщ (с помощью грунтовых свай)

Физико – химические такие как обжиг грунтов через скважины, силикатизацию, укрепление органическими веществами и т.п.

7.

Обвал – отчленение от основного массива на крутом склоне или откосе блоков, глыб или обломков горных пород, их быстрое перемещение под действием сил гравитации, сопровождающееся падением, опрокидыванием, скатыванием и раскалыванием.

Обвалы возникают на крутых склонах (более 45 - ) и обрывах естественных форм рельефа (склоны речных долин, ущелья, побережья морей и т.д.), а так же в строительных котлованах, траншеях, карьерах.

Одной из разновидностей обвалов являются вывалы – обрушения отдельных глыб и камней из скальных пород в откосах выемок, полувыемок и отвесных склонов.

Борьба с обвалами, особенно крупными, весьма затруднительна. Все мероприятия по борьбе с ними сводятся к предупреждению их возникновения и осуществлению защитных мероприятий. Возможна борьба с маленькими обвалами посредством искусственного обрушения (взрыв небольшой мощности), или же забивка клиньев, так же путем облицовки откосов, установки временных подпорных сооружений.

Осыпь - 1) перемещение вниз по склону под действием силы тяжести мелких обломков, отчлененных от массива горных пород в результате выветривания; 2) скопление массы мелких обломков у подножия или на пологих участках склона. В горных областях О. могут образовывать конусы и сплошные шлейфы мощностью 10 м и более.

Характерной особенностью осыпей является их подвижность. По признаку подвижности их подразделяют на: действующие, затухающие и неподвижные.

Действующие – лишены всякой растительности. Масса обломков нарастает, и находится в рыхлом, весьма неустойчивом положении и приходит в движение за счет увеличения общего веса, сильного увлажнения, подрезки нижней части осыпи дорогами, от землетрясений и даже от более мелких сотрясений, возникающих при работе механизмов или движении транспорта.

Затухающие – свойственно развитие растительности (кустарники, слабый дерновый слой).

Неподвижные – покрыты кустарником и даже лесом. Полностью задернованы, соответственно.

Иногда осыпи превращаются в осовы – особую разновидность оползней.