Лекция 12.

13.Физико – химические и инженерно – геологические процессы.

Происходящие в рыхлых горных породах гидродинамические процессы приводят к возникновению плывучести или оплыванию. Горные породы, обладающие свойствами плывучести, получили название плывунов.

Плывуны - преимущественно песчаные породы, проявляющие подвижность при определенных гидродинамических условиях. Плывуны подразделяются на истинные и ложные. Истинные – это пески, содержащие гидрофильные коллоиды, ложные не содержат коллоидных частиц.

Плывуны создают значительные трудности при вскрытии котлованов, возведении опор мостов и при проходке тоннелей. Способы борьбы с плывунами разделяются на три группы: осушение, механическое крепление, изменение физических свойств грунтов.

Явления суффозии и карста. Горные породы подвергаются движущимися подземными водами механическому и химическому воздействиям. В результате происходят вынос частиц пород, образуются провалы и пустоты и поверхность земли оседает. Этот процесс называется суффозией. Вынос частиц пород зависит от многих факторов в т.ч. от таких, как размеры пор и частиц, минералогический состав, скорость фильтрации воды, гидродинамический напор. Механическая суффозия обусловлена перемещением частиц пород, химическая определяется процессами выщелачивания, в результате чего разрушаются кристаллические связи и породы перемещаются. Карстом или карстовым явлением называется химическое растворение горных пород в земной коре и на ее поверхности, сопровождающееся образованием крупных пустот (каналов, пещер). Карстовые явления имеют место в областях с залеганием легко растворимых горных пород – известняка, гипса, доломитов, мергелей и т.д. Воздействие протекающей воды на породу может увеличиваться или ослабляться в зависимости от состава воды и породы.

Карстообразование обусловлено выщелачиванием карбонатных и сульфатных пород и во многом зависит от растворимости слагающих пород. К наиболее крупным карстовым явлениям относятся карстовые котлованы и поля, шахты и полости, карстовые колодцы и пещеры. Следует отметить, что развитию карстовых форм способствуют эрозионные процессы.

Строительство зданий и сооружений в районах распространения карстовых явлений представляет немалые трудности, особенно при расположении карстовых полей ниже полотна железных и автодорог, проходке тоннелей.

При строительстве в карстовых районах, прежде всего, следует предохранять растворимые породы от поверхностных и подземных вод, что достигается, прежде всего, планировкой территории и устройством системы поверхностного и подземного дренажа. При неглубоком закрытом карсте часто производят обрушение кровли карстовых пустот и засыпку их глинистым грунтом с предварительной ликвидацией всех возможных поноров.

Смещение горных пород на склонах. Все склоны при оценке их устойчивости подразделяются на три основные группы: склоны сноса, склоны обрушения и склоны накопления. В результате воздействия различных внешних факторов (вода, лед и т.д.) происходит максимальное выполаживание и сглаживание склона, что ведет к образованию склонов сноса. Эти склоны обладают определенным запасом устойчивости. Если склоны подвержены оползням и им угрожают оползневые явления, то они относятся к группе склонов обрушения. При накоплении продуктов разрушения горных пород у подножия склонов образуются склоны накопления. Как и склоны обрушения, они находятся в состоянии предельного равновесия. Большую опасность представляет осыпи- двигающиеся скопления крупнообломочных продуктов выветривания.

Нарушение устойчивости склонов происходит, чаще всего, под влиянием активных сил, уменьшением сил сопротивления склонов или под одновременным воздействием многих факторов. Среди них существенное значение имеют процессы выветривания - способствующие образованию трещин и понижению сопротивления грунтов сдвигу. Важную роль в понижении устойчивости склонов играют подземные воды , которые могут растворять и выносить частицы грунта приподошвенного слоя и, таким образом, стать причиной оползней суффозионного происхождения. Устойчивость склонов может быть снижена также вследствие гидростатического давления воды (увеличивает действующие сдвигающие силы), дополнительным увлажнением маловлажных пород атмосферными и хозяйственными водами, хозяйственной деятельностью человека (поливы, сток не отрегулированных поверхностных вод, строительство на склонах), сейсмическими явлениями и т.д.

Для разработки противооползневых мероприятий важно знать основные формы нарушения устойчивости склонов и откосов. Оползневая форма является результатом природной обстановки, к которой относится неотектоника, климат, рельеф местности, геологические особенности структур толщи склона, инженерно-геологические свойства горных пород, гидрогеологические особенности водотока в горных породах, режим грунтовых вод и т.д. На формы оползня влияют также причины, вызывающие нарушения устойчивости склона или откоса. Обвалы и вывалы характеризуются неожиданностью проявления и более всего происходят у скальных и глинистых цементированных пород с выраженными трещинами и крутыми уступами. Для склонов и откосов, сложенных глинистыми однородными породами, возможно обрушение со срезом и вращением. В этом случае создается перенапряжение под действием собственного веса грунта и в откосе появляются поверхности с опасностью сдвига по ним определенной части толщи. Линии возможного среза откоса имеют криволинейный характер и ниже переходят в прямую или ломанные линии.

Оползень – скольжения имеет отчетливо выраженную поверхность скольжения с углом падения в сторону склона и перемещением по поверхности скольжения глыб и пачек пород. Наиболее часто встречающейся формой оползневого процесса являются покровные оползни – оползания. Характерным для них является отсутствие поверхностей скольжения. Роль секущего массива склона выполняют поверхности коренных пород (поверхности оползания). Оплыв возникает при перемещении по склону обильно увлаженных земляных масс, поэтому по существу близок к оползанию грязевого потока. Обычно это возникает при локальном увлажнении земляных масс и их отчленении от толщи пород. При этом отсутствует фиксированная поверхность скольжения и оплыв происходит локально, в места выходов грунтовых вод - источников и ключей.

Методика закрепления склона зависит от стадии оползневого процесса. На первой стадии, в период подготовки оползня, наибольшее значение имеют профилактические меры: защита склона от выветривания, регулирование поверхностного стока устройством нагорных канав, лотков, ограждающих валов. Запрещается подрезать оползневые склоны выемками, производить взрывные работы в оползневой зоне, уничтожать растительность на склонах и снимать дерновой слой, сбрасывать на склон атмосферные, подземные и хозяйственные воды. Устойчивость склона можно повысить искусственным выполаживанием, производящимся обычно одновременно с террасированием. Поскольку очень часто причиной оползания склона являются подземные воды, то устойчивость склона может быть обеспечена устройством дренажей.

В стадии начинающегося или уже существующего движения оползневых масс используются активные мероприятия по их закреплению и удержанию. К таким мероприятиям относятся устройство контрбанкетов, подпорных стенок, свай - шпонок.

Вопросы самоконтроля.

1. Что такое плывуны?

2. Способы борьбы с плывунами?

3. Природа суффозии и карстообразования?

4. Меры борьбы с суффозией и карстообразованием?

5. Природа оползневого явления на склонах?

6. Какие противооползневые мероприятия?

ЛЕКЦИЯ 13