иг лабораторная 1, Сыпачев
.docxИркутский национальный исследовательский технический университет
Институт недропользования
Кафедра прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДИНАМИКА
Лабораторная работа № 1
классификация геодинамических процессов
Иркутск 2022
1.Практическая работа — классификация геодинамических процессов.
Инженерная геодинамика является одним из разделов, научным направлением инженерной геологии. В этом разделе изучаются геологические процессы и явления, как естественные (природные), так и возникающие в связи со строительством сооружений и хозяйственным использованием территорий.
Геологические процессы проявляются в образовании и разрушении горных пород, в изменении их физического состояния и условий залегания, в формировании и изменении рельефа земной поверхности, строения земной коры и внутренней структуры Земли в целом.
Все геологические процессы представляют огромный интерес в инженерном аспекте в связи с их влиянием на устойчивость местности и соответственно на устойчивость существующих, проектируемых и строящихся сооружений (городов, зданий, мостов, плотин, дорог, туннелей, аэродромов, шахт, карьеров и др.).
На территориях областей, районов и участков, в пределах которых получают развитие те или иные геологические процессы и явления, размещение различных, видов сооружений, условия их строительства, устойчивости и нормальной эксплуатации сопряжены с определенными трудностями и осложнениями.
Условия строительства сооружений на таких территориях особые, они регламентируются специальными строительными нормами и правилами, особыми принципами, необходимостью соблюдения осторожности и определенных ограничений и осуществлением специальных мероприятий для обеспечения устойчивости сооружений и нормальных условий их эксплуатации.
Изучением и разработкой таких проблем и вопросов и занимается инженерная геодинамика - сложнейший и интереснейший раздел инженерной геологии.
Она по существу призвана решать вопросы строительства сооружений в особых геологических условиях.
Инженерная геодинамика изучает и разрабатывает:
закономерности распространения разнообразных, главным образом экзогенных и некоторых эндогенных геологических процессов и явлений, происходящих на поверхности земли и в верхних горизонтах земной коры;
закономерности возникновения геологических процессов и явлений, связанных с инженерной и хозяйственной деятельностью человека;
3) динамику развития различных геологических процессов и явлений, формы их проявления и обусловленность разнообразными природными (естественными) и искусственными факторами;
качественные и количественные методы оценки возможного влияния геологических процессов на устойчивость территорий, сооружений и условия их эксплуатации;
теоретические основы прогноза угрожаемости геологических процессов и явлений, и в том числе стихийных, с целью управления их развитием, локализации распространения, предупреждения возникновения или защиты от их вредного влияния;
методику инженерно-геологических исследований для обоснования проектов защитных инженерных мероприятий и необходимость их осуществления
Поэтому разнообразные геологические процессы можно подразделить в первую очередь на три основных типа: геоморфологический, петрографический и тектонический, имеющие физическую, механическую, химическую или биологическую сущность взаимодействия различных форм движения материи . При дальнейшем подразделении геологических процессов и явлений необходимо учитывать те силы, которые обусловливают их возникновение и развитие .
Примерно такую
классификацию геологических процессов
и явлений впервые предложил Ф. П.
Саваренский (1937 г.) — основоположник
инженерной геологии. Такой генетический
подход к учению о геологических процессах
и явлениях является единственно
правильным
Ломтадзе (1977) считает, что все геологические процессы можно разделить на три типа: геоморфологические, петрографические и тектонические, кото-рые имеют физическую, механическую, химическую или биологическую природу взаимодействия различных форм движения материи. Он также внес дополнение в классификацию Ф.П. Саваренского, значительно расширив перечень явлений, вызванных инженерной деятельностью человека. В него вошли:
1) разрушение и уничтожение полезных площадей при разработке месторождений полезных ископаемых;
2) оседание поверхности земли при значительных откачках подземных вод, нефти и газа;
3) затопление и подтопление территорий
4) вторичное засоление горных пород при орошении территорий. Также В.Д. Ломтадзе (1999) предложена общая классификация с выделением групп и типов геологических процессов
|
Типы |
Действующие факторы |
|||
Геологические |
Инженерно -геологические |
пораженность (распространение) территории и массивов пород |
объемы, размеры |
скорость развития (за год, максимальная; средняя многолетняя, за геологическое время) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Группа ЭНДОГЕННЫХ процессов и их техногенных аналогов |
|||||
Глубинные процессы в земной коре и мантии Деятельность человека |
1. Медленные разрывные и кладчатые тектонические движения, чаще дифференцированные. 2. Сейсмические, охватывающие большие площади и части земной коры; образование разрывов и. трещин, раздробление пород. 3. Извержения вулканов, лавовые потоки. 4. Изменение пород и поверхности при термическом воздействии |
1. Сотрясения и увеличение трещиноватости пород вследствие мощных взрывов при создании выемок, плотин и подземных полостей. 2. Возбужденная сейсмичность при глубоком нагнетании вод и создании водохранилищ. 3. Обжиг, разрыхление и сжатие пород при подземных взрывах |
М — число землетрясений ‘разных магнитуд на площади 1000 км2. Увеличение общей раздробленности пород за отдельные землетрясеиня (или взрыва) и за новейшее время, оцениваемое по изменению массива, части его, зоны и др. |
Глубина очага и приуроченность к структурам. Магнитуда, класс и энергия землетрясения (взрыва). Ускорение горизонтальной составляющей в см/с2 |
Поднятия и опускания мм и см/год; м — за теологическое время. Градиенты неравномерных движений, отнесенные ко времени. |
Группа ЭКЗОГЕННЫХ процессов и их техногенных аналогов |
|||||
Изменение термодинамических условий, факторы внешней среды, биогенные, подземные воды, вызывающие экзогенное разрушение пород. |
1 . Разуплотнение массивов пород вследствие разгрузки естественных напряжений при эрозионном расчленении и абразионном подмыве. 2. Выветривание образование дисперсной, оюломочной и трещинной зон |
те же, но вследствие создания различных выемок, при врезах и других строительных работах |
Мощность в м отдельных зон выветривания и разгрузки в разных геоморфологических и иных условиях. Распространение по площади в % к участку изучения |
Степень выветрелости (или экзогенного разрушения) Вс=(Fн - Fo (Fн - Fа) показателям: плотности up, прочности, состава в др; |
Kв - скорость образования верхнего горизонта выветривания в м (см) /год; в условиях сноса и без него в разных геоморфологических элементах |
Геологическая деятельность поверхностных вод (морских, озерных, речных, овражных) Скорость течения, режим и энергии волн, речных и склоновых вод. |
1. Абразионные: размывы на отмелях и в уступах над ними, в зоне волноприбоя при переменных уровнях, формирование и вдольбереговое перемещение наносов.
2. Эрозионные: на склонах, в оврагах и на бечевниках рек и уступах над ними (в зоне переменных уровней и в руслах)
3. Селевые потоки: "связные"(обломочно-глинистые);"несвязные" (щебенисто- глыбовые); переходного типа к оползням-потокам и к солифлюкции.
4. Аккумулятивные образование алдаовая, делювия, пролювия и др. |
1. Переработка берегов водохранилищ с разными гидрологическими режимами. 2. Размывы русел и берегов рек при аварийных попусках вод и разрушении плотин.
1. Возникновение или усиление смыва и оврагообразования при строительстве, ирригации и других работах. 2. Размывы и образование наносов с меандрированием русла в магистральных ирригационных и водоводных каналах.
Катастрофические селевые потоки разных объемов при прорыве плотин и дамб, ограждающих водохранилища |
Общая протяженность абразионных берегов в км или % к длине побережья. Степень эрозионной расчлененности - общий объем оврагов (голоценовых или за историческое время) в м3 в однотипных породах, на одном геоморфологическом элементе на площади 1 км2 .Отношение площадей селеопасных долин ко всему бассейну, с разделением селей по типам и объемам |
Коэффициент абразионного размыва Kар=Eтм/Vм3 (E) рассчитанный отдельно для отмели и уступа за шторм или год. Расход потока наносов в м3 за год с учетом истираемости на 1 км.Коэффициент смыла - объем смытых пород в м3 на единице площади за год, десятилетие, голоцен Коэффициент эрозионной размываемости пород (реками) Кзр=EТМ/ V м3 за год, паводок и т.п.Объемы: селей от тыс., включая млн. м3, селеобразующих размываемых пород, конусов выноса |
Объем переработки в м3/год на 1 м берега.
Перемещение линии уреза и бровки абразионного уступа в м/год
Увеличение степени эрозионной расчлененности, длины оврагов, перемещения русла реки и т. п. за год или другое время
Значительная, до 10 м/с, с заторами и прорывами. |
Геологическая деятельность подземных вод. Агрессивность, расходы и режим вод, скорость их течения и гидравлические градиенты . |
1. Подтопление территорий. 2. Выщелачивание - гипса, карбонатов, солей и др. из пор, трещин, прослойков и гнезд. 3. Карст -- в гипсах, солях и карбонатных породах. 4. Суффозионные - размыв и вынос дисперсного материала из крупных пор, трещин и каверн; размыв и образование полостей в лёссовых и глинистых породах. 5. Карстово -суффозионные, иногда с вымыванием материала и кольматацией. 6 . «Грязевые вулканы» |
1. Подтопление территории, сооружений и месторождений вследствие: подпора подземных вод при создании водохранилищ; утечек из водоводных сетей, при поливах, фильтрации из каналов и водоемов. Гидродинамическое давление фильтрационного потока на породы и их деформации. 3 . Активизация выщелачивания, карста и провалов в легкорастворимых породах. 4. Активизация размыва, суффозии, кольматации и деформации пород при изменении гидрогеологического режима. 5. Плывуны в песках и лёссовых породах
|
Интенсивность и приуроченность карста к литологическим типам пород, трещинам разломам, складкам, к геоморфологическим элементам и гидродинамическим зонам ( древним и современным). Пораженность территории карстовыми формами и подтопление (по глубине залегания уровня грунтовых вод); оценивается в % к общей площади |
1. Степень закарстованности – отношение объемов пустот к объему оцениваемого массива (пачка и др.), %; по прямым и косвенным показателям. 2. Величины критических градиентов Iк p. 3. Мощность зоны суффозии и кольматации, м.
|
Активность карста Ак – отношение объема растворимых пород к оцениваемому элементу или всему массиву в % за 1000 лет
Скорость подтопления – приращение площади с заданной глубиной уровня грунтовых вод за год (10 лет и т. п.), отнесенное к оцениваемой территории Скорость движения до л - 10 м/с.
|
Гравитационные склоновые. Вес смещающихся пород на склонах, изменения их прочности и напряженного состояния. Изменение гидрогеологического режима |
1. Обвально-осыпные, 2. Оползневые разных типов и объемов. 3. Десерпционные и солифлюкционные. 4. Переходные и сложные типы. 5. Трещины бортового отпора, атектонические складчатые деформации и выпор.
|
1 . Активизация на природных склонах оползней разных типов и объемов (до грандиозных, 700 млн. м3, Ангрен, 1974), вследствие возрастания тангенциальных напряжений (подрезки, пригрузки, вибрации, подземные выработки и т. д.), изменения прочности пород и гидродинамического давления и др. 2. Возникновение оползней, обвалов и осыпей на откосах различных выемок и на бортах карьеров. 3. Выпор дна выемок. 4. Прорывы напорных вод и взламывание дна выемок. 5. Образование оползней при фильтрации вод из каналов, проложенных на склонах или в дамбах
|
Пораженность территории оползнями, обвалами и другими явлениями в % от общей площади, с разделением их на типы, по активности и потенциальности возникновения |
Разделение: по объемам от сотен м3 до сотен млн. м3, по мощности оползневых, обвальных и других масс от м до сотен м |
Обвалы и реже оползни катастрофические на горных склонах, быстро и медленно движущиеся оползни, осыпи, глыбы, непрерывно и периодически движущиеся |
Эоловые. Скорость и энергия ветра
|
Развевание и перенос песчаных и пылеватых масс с образованием западин, дюн, останцев и др. |
Усиление процессов при вырубке лесов, уничтожении почвенного покрова и др.
|
Площади распространения, %
|
Объем в тыс. м3; высота и длина дюн и др.
|
Скорость перемещения дюн, м/год
|
Гипергенный литогенез |
1. Просадки в лёссах и рыхлых пепловых накоплениях. 2. Уплотнение и образование западин в малолитифицированных породах. 3. Образование карбонатных ожелезненных и окремнелых «корок» |
Уплотнение песчаных, глинистых и других пород: методами технической мелиорации, под давлением от веса инженерных сооружений; при вибрации и другом воздействии
|
Общая площадь просадочных форм на 1 км2, % Глубина распространения и размеры зоны деформаций
|
Показатель просадочных лёссовых пород по СНиПУ. Степень дополнительного уплотнения по отношению к начальному состоянию, % |
Скорость развития просадок во времени по изменению плотности за сутки, месяц и год |
Изменение напряженного состояния массивов пород и режима подземных вод, вызывающие подземные деформации в массивах пород |
1 . Обрушения пород в сводах над карстовыми и другими естественными полостями и г образование воронок |
1. Сдвижение пород и образование мульд проседания над выработанным пространством (шахты, подземные строительные выемки, катакомбы и др.). 2. Прогибы и разрывы слоев пород и мульды проседания вследствие длительных откачек воды, нефти и газа. 3. Горные удары в трещиноватых прочных породах. 4. Выпоры в пластичных породах. 5. Горное давление на крепь подземных сооружений и образование зоны разрушения. 6. Вывалы пород из кровли и стен выемки. 7. Водопритоки и вокруг подземных выемок. 8. Прорывы плывунов и суффозия |
Зависимость развития и параметров явлений от размеров водопонижения и горно-технических факторов |
Размеры в м и объемы в м зоны изменения напряжений вокруг подземной выработки. Параметры этой зоны в зависимости от литологических и структурных факторов. Объемы в м3 деформированных пород, горных ударов, вывалов и плывунов; размеры в м мульд сдвижения и бугров выпора |
Скорости релаксации напряжений и размеры ее зоны за разные интервалы времени. Скорости развития разных инженерно-геологических явлений при подземных работах за сутки, месяцы, годы |
Разработанная Г.С. Золотаревым (1979) «Схема общей классификации геологических и инженерно-геологических процессов и явлений», оставаясь на генетическом принципе, приобрела новые черты .
Во-первых, автор соединил две классификации (Ф.П. Саваренского и И.В. Попова), расширив их содержание более детальным расчленением, происходящих процессов и явлений.
Во-вторых, приведены количественные и качественные показатели пораженности пород и территорий, масштабов явлений и скоростей развития процессов.
В-третьих, инженерно-геологические процессы и явления (техногенные аналоги природных) показаны с большей полнотой для различных видов сооружений.
Возбудитель процесса |
Причина возникновения процессов и явлений |
Вид и природа геологического процесса |
Последствия геологических явления |
Строительные работы |
Изменение физического и напряжённого состояния горных пород |
Рауплотнение, набухание, трещиноватость, выветривание |
Разупрочнение пород, гравитационные деформации |
Горные работы |
Изменение физического и напряженного состояния горных пород и режима подземных вод |
Разрушение горных пород, осушение, сдвижение, оседание земной поверхности |
Заболачивание, водные прорывы, затопление |
Здания |
Дополнительная нагрузка на основания |
Уплотнение пород основания, просадки |
Авария зданий |
Плотины |
Изменение уровня воды в реке |
Гравитационные явления на откосах, фильтрация |
Авария плотин, потери воды |
Водохранилища |
Изменение режима поверхностных и подземных вод, формирование техногенных берегов |
Переработка берегов водохранилища, затопление, заболачивание |
Разрушение земель, потерн воды |
Каналы |
Движения воды в каналах |
Гравитационные явления, фильтрация |
Разрушение каналов, потери воды |
Дороги |
Формирование техногенного рельефа |
Гравитационные явления |
Нарушение режима нормальной эксплуатации дорог |
Мостовые переходы |
Нарушение равновесия речных берегов и физического состояния |
Гравитационные явления на берегах, эрозия |
Разрушение мостов и подъездных путей |
Туннели |
Нарушение равновесия горного массива |
Вывалы, пучения, горные удары |
Нарушения условий эксплуатации |
Карьеры |
Формирование техногенного рельефа, осушение, изменение напряженного и физического состояния пород |
Гравитационные явления на откосах, под-топления, заболачивание |
Нарушение условий эксплуатации, разрушение территории |
Шахты |
Горное давление, осушение, изменение напряженного состояния пород |
Вывалы, пучение, оседание земной поверхности, водные прорывы, динамические явления, плывуны |
Ухудшение условий эксплуатации и безопасности людей, нарушение земель |
Трубопроводы |
Формирование техногенного рельефа |
Гравитационные процессы, загрязнение почв, грунтов, поверхностных и подземных вод |
Аварии на трубопроводах, уничтожение растительного покрова, животного мира и земель |
Захоронение промстоков и твердых промотходов |
Взаимодействие техногенного массива с геологической средой, утечки |
Загрязнение окружающей среды и особенно подземных вод (засоление, радиация, углеводороды и др.) |
Опасные экологические последствия для жизнедеятельности |
Техногенные процессы и явления по И.П. Иванову
В последнее время локализация, масштабы проявления, активность и интенсивность процессов увеличивается. И в этом существенная и возрастающая роль принадлежит техногенным факторам, а точнее типам возбудителей их активизации. И.П. Иванов [2001] предложил классификацию техногенных геологических процессов и явлений, с
характеристикой причин их возникновения и описанием последствий, а В.И. Осипов разработал типизацию природно-техногенных процессов с оценкой их возможной разрушительной силой и экономических последствий
Вывод: в данной лабораторной работе мы ознакомились с различными классификациями геодинамических процессов, которые были предложены такими авторами как Саваренский, Ломтадзе, Попов и Золотаревым, главное отличие данных классификаций заключается в разделение процессов на различные группы, типы и категории, что в свою очередь несет за собой более детальное рассмотрение какой-либо категории
Следует подчеркнуть, что по мере развития инженерной геологии, появилось большое количество частных и специальных классификаций по разным признакам для наиболее хорошо изученных процессов. Только для оползней предложено более 100 классификаций