18. Інженерно-геологічні процеси на території міст

1 Стискання грунтів під спорудами

При будівництві будівель і споруд на товщу гірських порід передаються додаткові напруження. Додатковий тиск викликає стискання товщ гірських порід і осідання поверхні землі разом із спорудою. Інколи тиск, що передається на основу, виявляється настільки значним, що порода під фундаментом не витримує напружень, руйнується і витискається з-під фундаментів у вигляді

Величина осідання і його розвиток у часі залежить від двох груп чинників. Перша група належить до особливостей споруди (вага споруд, розміри і тип фундаментів, глибина їх закладення). Друга група стосується геологічної будови основи (умови залягання порід, їх склад, фізичний стан і властивості порід). Вивчення першої групи належить до галузі механіки грунтів і науки про основи і фундаменти. Вивченням другої групи займаються грунтознавство, інженерна геологія і механіка грунтів.

Осідання природних основ споруд-зовнійшній прояв внутрішніх деформацій, що відбуваються в гірських породах при передачі на них тиску. Такі деформації поділяються на три види: пружні(зміна исталічної гратки), структурно-адсорбційні(зміна товщини водних плівок у місцях контакту між частками гірської породи) і структурні(переміщенням часток гірських порід у напрямку пор, що їх відокремлюють).

У скельних і напівскельних породах спостерігаються два види деформацій: 1) пружні і 2) деформації, пов‘язані із закриттям тріщин. Величини деформацій таких порід від впливу промислових і цивільних споруд дуже невеликі і практичного значення не мають. Тому вони оцінюються як такі, що практично не стискаються. Деформації піщаних порід належать в основному до типу структурних і пов‘язані з переміщенням часток у бік пор. Глинисті породи мають набагато більшу стисливість у порівнянні з попередніми. Деформації в цих породах належать в основному до типу структурних і структурно-адсорбційних. Осідання природних основ з глинистих порід коливається від кількох сантиметрів до кількох десятків сантиметрів. Під гідротехнічними та іншими масивними спорудами сумарна величина осідання може становити до кількох метрів.

2 Деформації, пов‘язані зі зміною побутового тиску

Зміна побутового тиску в природних умовах відбувається в міру накопичення чи знесення товщ пухких відкладів. Ці процеси відбуваються повільно, вимірюються геологічними відрізками часу і з точки зору інженерної практики значення не мають. Велике практичне значення має зміна побутового тиску, пов‘язана з влаштуванням глибоких котлованів, будівництвом каналів, розробкою корисних копалин. Глибини котлованів досягають інколи значних розмірів (до 100-200 м). Видалення порід на такі глибини викликає значне розвантаження порід, що залягають на дні котлованів. Якщо на дні котловану чи розрізу залягають піщані або скельні породи, то навіть значне розвантаження викличе тільки невеликі за розмірами пружні деформації. Якщо ж породи глинисті, то зменшення побутового тиску викличе розвиток адсорбційно-структурних деформацій

3 Гірничий тиск

Під час будівництва підземних споруд виникає необхідність розрахунку стійкості покрівлі і стін закладених в товщу порід гірничих виробок. Це пов‘язано з визначенням напруженого стану товщі гірських порід, який виникає внаслідок утворення в масиві породи порожнин (гірничих виробок) і носить назву гірничого тиску.

Один із проявів гірничого тиску – переміщення гірських порід над виробленим простором, що називається зрушенням гірських порід. Воно може досягати денної поверхні і тоді говорять про зрушення земної поверхні. В районах, де над гірничими виробками розташовані населені пункти, ці явища можуть викликати деформації споруд, а інколи й їх руйнування. Змінюється природний напружений стан масиву гірських порід. Виникає досить складна картина розподілу напружень поблизу гірничої виробки: стискаючі напруження концентруються по бокових стінках виробки і розвантажуються в покрівлі, де стискаючі напруження змінюються розтягуючими.

4 Осідання земної поверхні під впливом відкачувань підземних вод або рідких чи газоподібних корисних копалин.

Особливо часто осідання поверхні викликається штучним зниженням рівня грунтових вод або зниженням напору артезіанських вод внаслідок довготривалої експлуатації водоносних горизонтів. Тверді мінеральні частки нижче рівня підземних вод перебувають у підваженому стані і втрачають у своїй вазі стільки, скільки важить витіснена ними вода (закон Архімеда). В результаті щільність підваженої породи виявляється меншою, ніж у породи, яка залягає вище рівня підземних вод.

Зменшення величини щільності породи тягне за собою зменшення побутового тиску.

Під час довготривалих відкачувань з метою водопостачання зниження рівня грунтових вод вимірюється в окремих випадках десятками метрів, а збільшення побутового тиску досягає кількох десятків тон на м2. Таке значне збільшення побутового тиску може викликати значні і нерівномірні (у відповідності з формою депресійної поверхні) осіданння.

Осідання поверхні можуть бути викликані також відкачуванням напірних підземних вод, нафти, тому що в цьому випадку знижується тиск на підошву пласта, який перекриває водоносний чи продуктивний горизонт.