Министерство образования Республики Башкортостан

ГАПОУ Уфимский топливно-энергетический колледж

Научно-практическая конференция «Содружество»

ВЫЯВЛЕНИЕ КАРСТОВЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ПУСТОТ НА ТЕРРИТОРИИ Г. УФЫ.

Исследовательская работа по физике

Выполнили работу:

Хазиева Лиза Р.,

Султанбаев Алмаз И.,

студенты группы 1 ГС-2

Руководитель:

Биктимерова Ирина

Мухаматгалиевна,

преподаватель

физики.

Уфа, 2015

Направление исследовательской работы: естественно–математическое.

Тема исследовательской работы: выявление карстовых и техногенных пустот на территории г. Уфы.

Метод исследования: экспериментальный.

Цели исследовательской работы:

- овладеть методикой работы с математическим маятником;

- определить величину ускорения свободного падения на территории различных районов г. Уфы и его отклонение от среднего значения по г. Уфе;

- установить взаимосвязь между величиной ускорения свободного падения и плотностью земной породы;

- выявить районы г. Уфы с наибольшей закарстованностью земных пород.

Актуальность исследовательской работы:

В Башкортостане все чаще случаются деформации зданий и сооружений, построенных на закарстованных территориях без учета степени карстовой опасности и возможной техногенной активизации карстового процесса, вызванного нарушением гидрогеологических условий (утечки из водонесущих коммуникаций).

Суммарный экономический ущерб от карстового процесса составляет в России, по экспертным оценкам, от 30 до 45 млрд. руб. в год.

Изучение географического распространения карстовых процессов и явлений актуально, поскольку помогает прогнозировать развитие карстообразовательных

процессов и избежать многих опасных последствий.

Оглавление

Введение………………………………………………………………………………… 4

1. Теоретическая глава………………………………………………………………..7

   1. Математический маятник………………………………………………………7

   2. Исследуемая величина.........................................................................................8

2. Практическая глава…………………………………………………………………9

   1. Эксперимент…………………………………………………………………….9

   2. Обработка результатов ……………………………………………………….10

3. Заключение……………………………………………............................................12

4. Список источников и литературы…………………..............................................13

5. Глоссарий..................................................................................................................14

6. Приложения……………………………………………..........................................14

Введение.

Термином «карст» называют природные и техногенные процессы и созданные ими формы наземного и подземного рельефа, обязанные своим происхождением растворяющему действию воды на горные породы, к которым относятся известняки, гипсы, ангидриты, каменная и калийная соли, мергели, известковые загипсованные песчаники и др.

Карстовые провалы и пещеры, воронки и озера, а также большие подземные полости на территории Уфы возникли в результате растворения поверхностными и подземными водами известняков, доломитов, гипсов и других горных пород, слагающих ландшафт города.

Склоны уфимских холмов имеют карстовое строение с множеством котловин, иногда – естественных колодцев. Некоторые из таких провалов приобретают угрожающий характер, как, например, большие котлованы на Уфимском косогоре, появившиеся в 1893 и 1927 гг. вблизи железнодорожного полотна. Одни карстовые провалы на территории городской застройки имеют естественное происхождение, другие образованы в результате техногенных воздействий – утечек водопроводной воды и нарушений подземных стоков.

Так, в 1933–1935 гг. в районе кинотеатра «Луч» (ныне в здании находится мечеть «Ихлас») под землю ушло большое дерево. В 1965 г. на территории Республиканского туберкулезного диспансера в Старой Уфе, а в 1966 г. рядом с трамвайной остановкой «Улица Дзержинского» возникли большие провалы в результате утечек воды. В результате проявления карста в районе реки Сутолоки в 1999 г. были зафиксированы сильные толчки в домах многоэтажной застройки.

В Уфе и ее окрестностях наиболее закарстованы правые крутые склоны долин рек Белой и Уфы в районе разъезда «Воронки», у Старо-Александровки, Сипайлово и Тужиловской горы. Плотность воронок достигает здесь 18 на 1 кв. км. Карстовое происхождение имеют городские озера – Солдатское и Волчок. Всего же на городской территории насчитывается более 100 больших карстовых провалов и тысячи мелких.

Постоянно протекающие в природных условиях карстовые процессы при техногенном воздействии начинают быстро развиваться.

Кандидат геолого-минералогических наук Нажат Асфандияров:

“Около 300 миллионов лет назад на месте, где сейчас стоит Уфа, было море. В результате чего было накопление карбонатных отложений. Это известняки, которые хорошо взаимодействуют с водой. Происходит процесс вымывания горных пород, в результате чего образуются пустоты. Чтобы обезопасить себя, надо хорошо провести инженерно-геологические исследования. Не только в том районе, где ведется строительство, но и по всей территории Уфы”.

Самый известный в Уфе карст – берег реки Белой.

 Район старой Уфы быстро застраивается. Поднимаются новые дома в районе улиц Сочинской, Софьи Перовской, - прямо на краю горы. Строители меняют рельеф местности - убирают техникой горку. Обнажается разрез 30 метровой высоты. Хорошо видны слои дна моря. Известковые и гипсовые породы - основа карста. Гипсы легко растворимы водой с образованием пустот. Это и называют - карст, усложняющий строительство фундаментов и метро в Уфе. 

С учетом геологической специфики Уфы глубина карстовых провалов может достигать сотни метров. Диаметр провалов будет зависеть от рельефа поверхности и местами в состоянии охватить десятки метров.

Ситуация также осложняется трудностью выявления формирования провала простыми методами, так как неустойчивые породы скрыты слоем глины, песка, чернозема и дорожным покрытием.

Деятельность человека многократно ускоряет процесс формирования карстовых пустот. Прежде всего, это выбросы в атмосферу, формирующие кислотные дожди, обработка дорожного покрытия едкими веществами, утечка из систем водоснабжения и канализации.

Строительные работы также ухудшают положение. Основная причина - заглубление фундамента и строительство траншей, нарушающих целостность «защитных слоев».

Один из самых эффективных методов борьбы с карстовыми провалами – ливневые водостоки, препятствующие «застаиванию» воды в низинах. Однако нарушение целостности водостока и утечка могут стать причиной разрыхления и провала.

Выявление карстовых пустот, конечно же, имеет очень важное значение при прокладывании дорог и труб газопроводов, при строительстве жилых домов и т.д.

В нашей исследовательской работе мы используем достаточно простой способ определения пустоты в земной породе, применяя метод математического маятника.

1. Теоретическая глава.

1.1. Математический маятник.

Математическим маятником называют тело небольших размеров, подвешенное на тонкой нерастяжимой нити, масса которой пренебрежимо мала по сравнению с массой тела.

Период колебаний маятника - это время одного полного колебания.

Период колебаний математического маятника зависит только от ускорения свободного падения g и от длины маятника L:

   Для математического маятника выполняются некоторые законы:

1 закон. Если, сохраняя одну и ту же длину маятника, подвешивать разные грузы (например, 5кг и 100 кг), то период колебаний получится один и тот же, хотя массы грузов сильно различаются. Период математического маятника не зависит от массы груза.

2 закон. Если маятник отклонять на разные, но маленькие углы, то он будет колебаться с одним и тем же периодом, хотя и с разными амплитудами. Пока амплитуда колебаний маятника будет мала, колебания по своей форме будут похожи на гармонические и тогда период колебаний математического маятника не будет зависеть от амплитуды колебаний.

Методика работы с математическим маятником:

- отклонить маятник из положения равновесия так, чтобы нить составляла небольшой угол с вертикалью, и затем отпустить его;

- одновременно включить секундомер и измерить время 10 полных колебаний маятника;

- провести несколько опытов (не менее 3-х);

- рассчитать среднее арифметическое значение времени 10 полных колебаний маятника.

1.2. Исследуемая величина.

Выразим ускорение свободного падения из формулы периода колебаний математического маятника:

g=4π²L/T² , где g=9,8м/с² - ускорение свободного падения на поверхности Земли; π=3,14; L-длина нити; T-период колебаний маятника. В эксперименте период колебаний удобно измерять, используя способ рядов, т.е. измеряя время n полных колебаний и деля это время на число колебаний: T= t/n, где t – время n полных колебаний маятника. Тогда формула для вычисления примет вид: g=4π²Ln²/t².

Известно, что ускорение свободного падения вычисляется по формуле:

g= GM/R² , где G= 6,67*10^-11Н*м²/кг² - гравитационная постоянная, М-масса Земли, R- радиус Земли. Следовательно, ускорение свободного падения в данной точке местности прямо пропорциональна массе Земли, а масса, в свою очередь, прямо пропорциональна плотности земных пород: М=ρV. Пустота в земной породе под ногами исследователя приведет к незначительному, но все же заметному уменьшению плотности земных пород, а значит и уменьшению ускорения g. Вычисляя ускорение свободного падения в разных районах г. Уфы, можно судить о наличии или отсутствии пустот под ногами исследователя.

2. Практическая глава.

2.1. Эксперимент.

Для проведения экспериментов студенты- исследователи выезжали в разные районы г. Уфы с математическим маятником заданной длины и измеряли время 10 полных колебаний маятника, проводили опыты 3 раза и затем заносили данные в таблицу. В таблице приведено среднее арифметическое значение времени 10 полных колебаний маятника:

№ №	Адрес места эксперимента	Район	Длина нити L, м	Время 10 полных колебаний t, с
1.	Ул. Б.Хмельницкого, 125, 9- этажное здание	Орджоникидзевский (Черниковка)	1,5	24,0
2.	Ул. Вологодская,66, 10- этажное здание	Орджоникидзевский (Черниковка)	1,5	23,3
3.	Ул. Нежинская, 4/1,5- этажное здание	Орджоникидзевский (Черниковка)	1,5	24,5
4.	Ул. Мира,7, 9-этажное здание	Орджоникидзевский (Черниковка)	1,5	23,5
5.	Ул.Б. Бикбая, 20, 10- этажное здание	Октябрьский (Сипайлово)	1,5	24,9
6.	Ул. М.Жукова, 6, 9-этажное здание	Октябрьский (Сипайлово)	1,5	24,6
7.	Ул.Р.Зорге,75, 9- этажное здание	Октябрьский	1,5	23,0
8.	Ул.С.Перовской,50, 9- этажное здание	Кировский	1,5	22,5
9.	Ул. Приозерная,1, 1-этажное здание	Уфимский	1,5	24,2
10.	Ул. Шоссейная, 15, 1-этажное здание	Уфимский	1,5	23,6