2.10 Физико-геологические явления и процессы

В полосе трассы имеют место самые разнообразные неблагоприятные физико-геологические процессы и явления, влияющие на выбор оптимального направления и требующие индивидуального подхода при проектировании, строительстве и эксплуатации земляного полотна. К таким факторам относятся в первую очередь криогенные, связанные с вечной мерзлотой. Второстепенное значение имеют процессы, связанные с выветриванием горных пород, эрозионной деятельностью рек и пр.

Вечная мерзлота на большем протяжении трассы имеет сплошное распространение. В верхней, обследованной бурением и геофизическими работами, зоне вечная мерзлота отсутствует только в долинах равнинных рек. В центральной и южной частях района площади таликов постепенно увеличиваются, а на самом юге района, в междуречье рек Селемджа и Бысса вечная мерзлота не зафиксирована.

Верхняя граница вечной мерзлоты колеблется в зависимости от характера грунтов, экспозиции, залесенности, обводненности и абсолютной высоты местности. На марях она обычно залегает на глубине 0,6-1,0 и, на слабо замаренных склонах в водоразделах 1,0-1,5 м в обыкновенных грунтах, 1,5-2,5 м в обломочных грунтах и 8,0-4,0 м в скальных породах. В долинах рек и крупных ручьев в силу интенсивности циркуляции подрусловых вод верхняя граница вечной мерзлоты значительно понижена.

Нижняя граница вечной мерзлоты, за редкими исключениями на южном участке, разведочными выработками глубиной до 20 м не вскрыта. По фондовым материалам, а также данным вертикального электрозондирования мощность вечной мерзлоты изменяется от 60-80 м на севере района до 30-40 м и менее – на юге.

В целом для участка характерна сливающаяся мерзлота. Исключение представляют участки несквозных таликов, где в силу глубокого залегания вечной мерзлоты сезонная мерзлота в зимнее время не сливается с вечной.

Температура вечной мерзлоты на глубине 10 м по карте СНиП П-Б.6-66 составляет – 1,0-0° С. Температура мерзлых грунтов на глубине 6,0-13,0 м колеблется, преимущественно от -0,1° до -1° С, но на отдельных локальных участках она понижается до -2 – -3° С.

В целом по району, в соответствии с нормативными материалами, фондовыми данными, температурными наблюдениями и другими данными инженерно-геологического обследования, вечная мерзлота классифицируется как высокотемпературная, неустойчивая и носит явно деградирующий характер.

Как указывалось выше, на многих участках района вечная мерзлота отступила частично или на всю глубину. Площади таликов возрастают к югу района, где вечная мерзлота отсутствует на большинстве незамаренных участках. В зависимости от содержания ледяных включений в полосе отвода отмечены следующие виды вечной мерзлоты:

1. Сухая мерзлота – несцементированные льдом вследствие малой влажности крупнообломочные грунты с отрицательной температурой .

2. Льдистая мерзлота – влажные или водонасыщенные при оттаивании, мерзлые грунты представляющие собой сцементированные льдом минеральные частицы.

3. Ледяные линзы – включения льда в грунте.

4. Слоистая мерзлота – переслаивание мерзлого грунта с талым.

Вечномерзлые грунты в зависимости от степени сцементированности льдом и температуры подразделяются на твердомерзлые, скелет которых прочно сцементирован льдом; пластичномерзлые, имеющие незамерзшую воду и текучемерзлые, имеющие сухую мерзлоту.

Среди мерзлых грунтов, в зависимости от наличия, форм и расположения в них включений льда, в исследуемом районе встречаются следующие криогенные текстуры:

1. Массивная – ледяные прослои отсутствуют.

2. Ячеистая – ледяные включения неправильной формы среди равномерно мерзлого грунта.

3. Корковая – обломки покрыты коркой льда, обломочный материал льдом не сцементирован.

4. Слоистая – ледяные прослои в виде прослоек линз.

5. Сетчатая – ледяные прослои различной формы и ориентировки образуют сеть иди решетку.

6. Базальная – минеральный или торфянистый грунт включен в основную массу льда.

К неблагоприятным физико-геологическим явлениям и процессам, связанным с вечной мерзлотой, относятся: мари, наличие льдистых, просадочных при оттаивании грунтов, наличие подземных льдов, термокарст, морозное пучение, солифлюкция, морозобойные трещины, наледи и т.п.

Заболоченные пространства, носящие название марей, развиты почти по всей территории района. Исключением являются только вершины возвышенностей, крутые склоны речных долин и водоразделов, прирусловые части больших рек.

В районе работ выделяются моховые, кочковато-моховые, кочковатые, бугристые, бугристо-моховые и кочковато-бугристые мари. Зачастую различные виды марей имеют сложную конфигурацию в плане; кочкарник, моховой покров и бугристые поверхности часто чередуются или сопутствуют друг другу.

Просадочные при оттаивании вечномерзлые грунты слагают с поверхности почти всю территорию района. Мощность грунтов IV-й категорий просадочности зависит от глубины залегания коренных пород.

На площади распространения отложений белогорской свиты мощность этих грунтов составляет по данным бурения более 15 -20 м.

Просадочные грунты характеризуются ячеистой корковой, слоистой или сетчатой морозными текстурами и большой просадочностью, при оттаивании имеют чаще всего текучую консистенцию.

Прочность просадочных грунтов при оттаивании резко снижается и они теряют несущую способность, что приводит к значительным неравномерным осадкам и другим деформациям земляного полотна и прочих сооружений.

Учитывая, что в целом по району вечная мерзлота - высокотемпературная, неустойчивая, вечномерзлые грунты могут быть подвержены изменению естественных водно-мерзлотных условий на значительную глубину, вплоть до полной деградации мерзлоты на многих участках. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании сооружений.

Подземные льды в районе имеют довольно широкое распространение. Приурочены они к речным долинам и плоским водоразделам. Наиболее часто развиты льды в междуречьях рек Дугда - Нора и М. Бурундушка - Червинка, а также в долинах рек Сагоян, Меунчик, Бурунда, руч. Подсопочный.

Залегают подземные льды на незначительной глубине от дневной поверхности, не превышающей, за редкими исключениями, 2 м. Мощность линз подземных шлиров не превышает 0,5 - 1,0 м.

По происхождению подземные льды, распространенные в данном районе, относятся к большинстве случаев к внутригрунтовым (сегрегационным), т.е. образовавшимся непосредственно в грунте за счет грунтовых вод в процессе промерзания грунтов. В речных впадинах встречаются погребенные льды, образовавшиеся на поверхности и ставшие подземными в результате их последующего погребения (лед в старичных озерах, бледный лед и т.п.).

Больших по протяжению линз подземного льда в полосе трассы буровыми работами не отмечено, чаще всего в плане они прерывистые, неправильной формы.

Термокарст в районе имеет широкое распространение в связи с развитием на громадных территориях льдонасыщенных грунтов III-IV категорий просадочности и подземных льдов. Термокарст зарождается при увеличении, по сравнению со среднемноголетней глубиной сезонного оттаивания грунтов.

В дальнейшем термокарстовый процесс либо затухает, заканчиваясь образованием мелких западин блюдцеобразной формы и воронок небольших размеров, либо развивается на значительную глубину и охватывает большие площади с образованием крупных озер и обширных замкнутых понижений с сильно заболоченной поверхностью. Незначительные проявления термокарста в виде "блюдец' и воронок до 1,5 - 3,0 м в диаметре и до 0,7 - 1,0 м глубиной распространены почти повсеместно в пределах моховых, кочковато-моховых и бугристо-моховых марей.

Участки с подземными льдами в условиях деградирующей неустойчивой мерзлоты являются неблагоприятными в инженерно-геологическом отношении.

При нарушении естественных условий в результате деятельности человека возможна резкая активизация термокарстовых процессов.

Морозное пучение характерно для участков развития связных грунтов, распространено повсеместно и обусловлено высокой степенью водонасыщения их. Наиболее интенсивно пучение проявляется при подтоке грунтовых вод.

Морозное пучение вызывает поднятие в зимний период поверхности грунтов на 10 - 20 см, реже на 30-40 см, но это поднятие происходит неравномерно, что приводит к образованию бугров пучения.

Бугры пучения широко распространены в долинах рек и ручьев, на пологих склонах и плоских водоразделах. Приурочены они к замеренным участкам и зачастую образуют бугристые мари. Бугры пучения сопровождаются термокарстовым проявлениями и "пьяным" лесом.

В полосе прохождения трассы отмечены бугры пучения нескольких разновидностей. На моховых и кочковато-моховых марях повсеместно распространены сезонные бугры пучения. Они образуются в результате промерзания переувлажненного, поверхностного, обычно мохо-торфяного слоя сезонного оттаивания. Размеры сезонных бугров пучения составляют обычно 0,7 - 1,0 м в поперечнике и 0,2-0,3 м, менее до 0,5 м высотой.

Многолетние бугры пучения зафиксированы на обширных водоразделах, пологих склонах и в речных долинах. Они являются составной частью бугристых, бугристо-моховых и кочковато-бугристых марей. Размер бугров пучения колеблется от 2-3 до 5-10 Н в поперечнике, обычная высота их 0,5-1,0 м. Бугры сложены теми же грунтами, что и окружающие участки, но зачастую они покрыты крупнообломочным материалом, образовавшимся в результате морозного выпучивания из нижележащих слоев. Дно бугров сложено сильнольдистыми грунтами, верхняя же их часть летом просушивается и оттаивает на большую, чем в окружающих понижениях глубину. В связи с этим многолетние бугры пучения постепенно зарастают мелким кустарником и древесной растительностью.

Трещинообразование развито повсеместно и происходит в результате резких колебаний температур в зоне сезонного промерзания. Морозобойные трещины: обычно вертикальные, шириной от 2-3 10-20 см. Ориентация и протяженность их разнообразны. Часто с морозобойными трещинами связано образование в грунтах повторно-жильных льдов.

Ввиду близкого залегания коренных пород большое значение для строительства имеют в полосе трассы процессы выветривания как физического, так и химического.

Морозное выветривание играет преобладающую роль, оно связано с разрушением устойчивых горных пород под воздействием резких колебаний температур до мелкодресвяной фракции.

Процессы физического выветривания развиты повсеместно, но характер и мощность его зон зависят в значительной мере от рельефа. Для положительных форм рельефа характерны щебенистые и глыбовые зоны, для пониженных дресвяные и мелкощебенистые зоны.