переход плывуна в жидкое состояние при его транспорти­ровке (тачками) и переливание его через края тары в виде тяжелой жидкости.

Современные исследования процесса перехода водонасыщен­ных рыхлых песчано-глинистых пород в плывунное и постплывун- ное состояния дают объяснения отмеченным А. Ф. Лебедевым спе­цифическим особенностям плывунного явления. Об этом мы рас­скажем далее.

Значение плывунных явлений определяется их последствиями и частотой проявления, зависящей от распространения склонных к ним геологических образований. Песчано-глинистые отложе­ния — потенциальные источники плывунов — наблюдаются в ге­ологических разрезах четвертичных и дочетвертичных пород мно­гих речных долин, а также в породах неогена, палеогена, нижнего мела, верхней юры и т. д., залегающих в северо-западных районах Русской равнины и в южных районах Русской платформы. Прак­тика вскрытия водонасыщенных рыхлых пород скважинами, стро­

ительными котлованами и горными выработками показала, что в некоторых случаях происходят быстрые перемещения этих пород в разных масштабах, в результате чего в скважинах образуются пробки длиной от 1—2 до 10—15 м и более, осложняющие веде­ние буровых работ, в горных выработках происходит заполнение больших пространств, а котлованы вообще нельзя проходить в плывунах без выполнения специальных мероприятий. Встреча с плывуном всегда сопряжена со сложностями, с дополнительными материальными затратами и увеличением сроков строительства того или иного объекта. Можно привести довольно много приме­ров этому из практики строительства подземных гидротехничес­ких, транспортных и горных сооружений.

Так, при прохождении котлована Химкинской плотины на р. Химке были вскрыты верхневолжские супеси при угле откоса около 4°. Такой маленький угол был вызван динамическим воздей­ствием бетономешалок, находящихся на левом берегу реки. Впо­следствии бетонный завод был переведен в более отдаленное место. При строительстве Московского метрополитена под Крас­нопрудной улицей на поверхность было вынесено в 3.5 раза боль­ше горной массы водонасыщенных песков, чем составлял объем, занимаемый ими в горной выработке. Бурение скважин в долинах рек Волги, Камы, Дона и Днепра было сопряжено со вскрытиями водонасыщенных песков, которые заполняли стволы отдельных скважин, образуя пробки длиной 10—20 м. При разработке угля в Подмосковном бассейне на глубинах до 100 м были вскрыты про­слои и линзы водоносных песков в угленосной толще нижнего карбона, которые превращались в плывунные потоки и заполняли горные выработки. Подобные явления наблюдались и при раз­работке железных руд КМА подземным способом. Из произо­шедших в последние годы аЬарий, связанных с плывунными яв­лениями, отметим наиболее значительную, случившуюся между станциями Площадь Мужества и Лесная Санкт-Петербургского метрополитена.

Изложенное выше свидетельствует, что строительные и горные работы во многих районах страны сопровождаются плывунными явлениями, которые являются постоянными спутниками инженер­ной деятельности человека.

ПРИРОДА ПЛЫВУННЫХ ЯВЛЕНИЙ

Переход водонасыщенных рыхлых отложений в плывуны пред­полагает их вскрытие, в результате которого происходит форми­рование фильтрационного потока с местным градиентом. Послед­ний формируется за счет перепада давления поровой воды в на­порном водоносном горизонте до вскрытия и до нуля в момент и в месте вскрытия (рис. 19.1, а) и от /г, до h₂ в безнапорных песках (рис. 19.1,6). В первом случае гидравлический градиент оказыва-

Рис. 19.1. Схема к формированию гидродинамического давления в водо­носных песках при их вскрытии в условиях напорного (а) и безнапор­ного (б) водоносного горизонта.

Н— напор воды в естественных условиях; h\ и hj — высота водного столба до и после вскрытия песков. Стрелками показаны направления движения плывуна.

ется очень большим, так как АН = Н - 0 является значительной величйной, а длина пути фильтрации в диапазоне АН незначитель­ной, стремящейся к нулю. В этих условиях переход песков в плы­вуны происходит с большой скоростью, а высота пробки в сква­жине достигает величины порядка Я. При вскрытии котлованом или скважиной безнапорного водоносного горизонта, сложенного такими же по составу и пористости песками, что и в первом слу-

й. - й,

чае, величина формирующегося гидравлического градиента —-—

почти всегда меньше единицы. Поэтому интенсивность и масшта­бы перехода песка в плывун являются несравнимо меньшими, чем в первом случае.

Легко объяснить происходящее в водонасыщенном песке, если рассмотреть его с позиции принципа распределения напряжений. В статическом состоянии полное напряжение, возникающее от веса вышележащих пород <т_г, является суммой двух напряжений; эффективного a_eft передающегося через контакты минеральных частиц, и порового давления и, возникающего в поровой воде во­доносного песка, т. е. а = a_ef+ и. До вскрытия и = у_в (Я + z), а в момент вскрытия на забое скважины формируется гидродинами­ческое давление в порах песка

“га =

где z — глубина рассматриваемой точки от верхней границы пес­чаного слоя. В этот же момент на забое скважины <т_г = уг, а сле­довательно, a_ef = <т_г - и окажется равным нулю или отрицательной величиной, что и приведет к потере трения на контактах частиц

песка и к переходу песчаного массива в текучее состояние, т. е. в плывун. Вспомним, что в мелких и тонких песках т = (а - и) tg ф и т = 0 при а = и. Аналогичная картина наблюдается и в случае проходки котлована в безнапорных водах.

В связи с этим главной причиной перехода несвязной породы в плывун является гидродинамическое давление, на что указывал К. Терцаги еще в 1930 году. Отсюда следует известный вывод о том, что в плывуны могут перейти любые обломочные несцементирован­ные породы: пески разной крупности, гравий и галька. Чем мельче минеральные частицы, тем при меньших значениях гидродинами­ческого давления и_гд = уJ возникнет плывун. С другой стороны, сле­дует вывод А. Ф. Лебедева об «истинных», «типичных» плывунах, формирующихся в мелких и тонких песках и супесях практически при любых, в том числе малых, градиентах, и о «псевдоплывунах» (ложных), которые представлены крупными песками и другими раз­новидностями обломочных и связных пород.

О том, что давление в порах песков имеет решающее значение при их переходе в плывуны, свидетельствует еще один факт. По наблюдениям В. В. Радиной (1972 г.), микроорганизмы, живущие в порах песков, выпускают пузырьки газов, которые создают избы­точное давление в жидкой фазе, способствующее подвижности песков (Ломтадзе, 1977). Таким образом, изменение напряженного состояния песков за счет роста порового давления воды приводит к их плывунности. Однако это свойство песков проявится только при вскрытии, т. е. при создании градиента давления.

Исследование разными авторами гранулометрического состава пород, проявивших склонность к плывунности, показали, что все так называемые истинные плывуны характеризуются содержанием глинистой фракции с размером частиц < 0.002 мм от 1 до 17 %. Большая часть из них относится к супесям и суглинкам, хотя сум­марно преобладают песчаные фракции, а у так называемых огне­упорных глин нижнего карбона, относящихся по содержанию гли­нистой фракции (12—17 %) к легким суглинкам, чаще наблюдает­ся преобладание пылеватых частиц (Шмидт, 1975). Эти и другие данные о гранулометрическом составе пород, склонных к плывун­ности, дают основание считать его самостоятельным определяю­щим фактором (рис. 19.2).

Минеральный состав глинистой фракции «истинных» плыву­нов характеризуется преобладанием гидрослюд, а также присутст­вием каолинита, монтмориллонита, глауконита и органического материала. Остальные фракции представлены кварцем с примеся­ми полевых шпатов и слюд.

Физическое состояние плывунных пород, характеризуемое влаж­ностью, пористостью и степенью водонасыщения, является неод­нородным, кроме последнего показателя, равного единице. Так, например, для юрских пород Михайловского месторождения КМА естественная влажность изменяется в узких пределах от 23 до 27 %, а для района Москвы — от 39 до 48 %. Пористость этих

0%

Рис. 19.3. Уширение фундамен- тов на слабом основании.

Заболоченные территории в горнодобывающих районах

ния. Необходимо иметь в виду, что сам процесс формирования болот является довольно длительным, но его вредное влияние ска­зывается в самом начале, когда происходит избыточное увлажне­ние территорий, сопровождаемое изменением свойств почв и гор­ных пород, условий взаимодействия различных сооружений с их основаниями, а также ухудшением обстановки жизнедеятельности растительного и животного мира.

Территории с пониженными отметками рельефа находятся в особо тяжелых условиях, так как в их пределах уровень вод часто оказывается выше земной поверхности и вровень с ней. Здесь начинается техногенное заболачивание земель, которое приносит существенный ущерб земельному фонду и снижает устойчивость зданий и сооружений. Процесс техногенного заболачивания не приводит к образованию торфа, но ущерб, наносимый им окружа­ющей среде, может быть значительным.

Последствия техногенного подтопления и заболачивания очень разнообразны, но всегда негативны. На территориях распростране­ния лёссовых просадочных пород дополнительное увлажнение приводит к дополнительным осадкам, которые особенно опасны для застроенных районов. В главе 15 было показано, как происхо­дит потеря прочности этих пород в момент их замачивания. Во многих районах на юге России и на Украине подтопление застро­енных территорий уже привело к нарушению условий эксплуа­тации зданий и сооружений. Откосные сооружения при допол­нительном увлажнении и повышении уровня подземных вод оказываются под воздействием двух факторов, снижающих их ус­тойчивость. Уменьшается прочность водонеустойчивых пород (глин и песчаников на глинистом цементе) за счет их размокания и набухания, изменяется напряженное состояние приоткосного массива пород за счет роста гидростатического и гидродинамичес­кого давлений подземных вод. В результате активизируются опол­зневые процессы, нарушающие устойчивость территорий и угро­жающие жизнедеятельности.

Таким образом, процессы подтопления, затопления и заболачи­вания территорий в результате техногенных воздействий подготав­ливают геологическую среду к возникновению, развитию и активи­зации геологических процессов, создавая определенную угрозу для нормального функционирования инженерных сооружений.

БондарикГ К, ГоральчукМ И, СироткинВ Г Закономерности пространст­венной изменчивости лессовых пород М Недра, 1976 238 с

Водохранилища и их воздействия иа окружающую среду / Под ред Г В Воро­паева и А Б Авакяна М Наука, 1986 368 с

ГалустьянЭ Л Геомехаиика открытых горных работ М Недра, 1992 272 с Гвоздецкий Н А Проблема изучения карста и практика М Мысль, 1972 391 с

Геологические закономерности развития оползней, обвалов и селевых пото­ков / Под ред Г С Золотарева М Изд МГУ (I, И и Ш вып )

Гидрогеология и карстоведение / Под ред А Я Гаева Пермь Изд-во Перм

ун-та, 1997 195 с

Говард А Д, РемсонИ Геология и охрана окружающей среды JT Недра, 1982 582 с

Горшков С П Экзогенные процессы освоенных территорий М Недра, 1982 286 с

Гречищев Е К Метод расчета ширины зоны размыва берегов на примере

Братского водохранилища Иркутск Ки изд-во, 1961 91 с

Денисов Н Я О природе просадочных явлений в лессовидных суглинках М Сов наука, 194-6 176 с

Денисов Н Я Природа прочности и деформаций грунтов М Стройиздат, 1972 280 с

Динамическая геоморфология / Под ред Г С Ананьева, Ю Г Симонова и А И Спиридонова М Изд-во МГУ, 1992 448 с

Дранников А М, Стрельцес Г В , KynpautP П Оползни иа автомобильных до­рогах М Транспорт, 1972 160 с

ДублянскаяГ И, Дублинский В Н Теоретические основы изучения парагене­зиса карст— подтопление Пермь Изд-во Перм ун-та, 1998 204 с

Емельянова Е П Основные закономерности оползневых процессов М Недра, 1972 310с

ЕпишинВ К, ЭкзарьянВ Н Прогноз процесса формирования берегов водо­хранилищ М Энергия, 1979 113 с

Зенкевич В П Основы учения о развитии морских берегов М Изд-во АН СССР, 1962 710 с

Золотарев Г С Инженерная геодинамика М Изд-во МГУ, 1983 328 с Золотарев Г С Методика инженерно-геологических исследований М Изд-во МГУ, 1990 384 с

Золотарев Г С, Каликин Э В, Минервин А В Учебное пособие по инженер­ной геологии М Изд-во МГУ, 1970 382 с

Иванов И П О предварительной оценке просадочности лессовых пород В Зап ЛГИ 1958 Т 34, вып 2 С 214—220

Иванов И П Классификация оползней В Болгарский журн геол об-ва София 1971 N» 3 С 345—347

Иванов И П Инженерно-геологические исследования в горном деле Л Недра, 1987 256 с

Иванов И П Прогноз устойчивости склонов и откосов с учетом деформаций сдвига слагающих пород В Проблемы инженерной геологии СПб , 1996 С 34—43 Иванов И П, КацнельсонН Н, Никольская Н М Определение углов сдвиже­ния и расчет осадок пород на Яковлевском железорудном месторождении КМА В Сб ВНИМИ 1961 №42 С 194—211

Иванов И П, Хромых Д П Моделирование в инженерной геодинамике Л Изд-во ЛГИ, 1991 98 с

Иванов П Л Грунты и основания гидротехнических сооружений М Высшая школа, 1991 447 с

Инженерная геология лессовых пород В Тез докл Всес сов Ростов-на-Дону, 1989 127 с

Инженерно-геологический анвлиз применения противооползневых мероприя­тий на Черноморском побережье Крыма и Кавказа / Под ред Н И Кригера М Стройиздат, 1976 232 с

КаплинП А, ЛеонтьевО К, Лукьянова С А, Никифоров Л Г Берега М Мысль, 1991 479 с

Качугин Е. Г. Инженерно-геологические исследования и прогноз переработки берегов водохранилищ. М.: Госгеолтехиздат, 1959. 89 с.

Коломенский Н. В., Комаров И. С. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 1964. 480 с.

КондратьевН. Е. Расчеты берегов переформирований на водохранилищах (практическое руководство). JI.: Гидрометеоиздат, 1960. 64 с.

Кригер Н. И. Лёсс, его свойства и связь с географической средой. М., 1965. 296 с.

Кригер Н. И. (ред.) Инженерно-геологический анализ применения противо­оползневых мероприятий на Черноморском побережье Крыма и Кавказа. М.: Стройиздат, 1976. 234 с.

Кригер Н. И. Лёсс, формирование просадочных свойств. М.: Наука, 1986. 130 с.

Крутов В. И. Основания и фундаменты на просадочных фунтах. Киев: Буди- вельник, 1982. 222 с.

Ларионов А. К., Приклонский В. А., Ананьев В. П. Лёссовые породы СССР и их строительные Свойства. М.: Госгеолиздат, 1959. 368 с.

Леонтьев О. К. Краткий курс морской геологии. М.: Изд. МГУ, 1963. 464 с.

Леонтьев О. К., Рычагов Г. И. Общая геоморфология. М.: Высшая школа,

1987. 319 с.

Лёссовые породы СССР. Т. 1 / Под ред. Е. М. Сергеева. М.: Недра, 1986. 232 с.

Ломтадзе В. Д. Инженерная геодинамика. Л.: Недра, 1977. 479 с.

Лукьянова С. А., Хояодилин Н. А. Протяженность береговой линии мирового океана и различных типов берегов и побережий Й Вест. МГУ. Сер. геофаф. 1975. № 1. С. 48—54.

ЛыкошинА. Г. Карст и гидротехническое строительство. М.: Стройиздат, 1968. 183 с.

Лысенко М. П. Лёссовые породы. Л.: Недра, 1978. 208 с.

Максимович Г. А. Основы карсТоведения. Т. 1. Пермь, 1963. 444 с.

Максимович Г. А. Основы карстоведения. Т. 2. Пермь, 1969. 530 с.

Маслов Н. Н. Механика фунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). М.: Сфойиздат, 1977. 320 с.

Маслов Н.Н., Котов М. Ф. Инженерная геология. М.: Изд. лит-ры по Сфои- тельству, 1971. 341 с.

Мироненко В. А., Шестаков В. М. Основы гидрогеомеханики. М.: Недра, 1974. 296 с.

Молодых И. И. Грунты подов и степных блюдец субаэрадьного покрова Украи­ны. Киев: Наукова думка, 1982. 160 с.

Молоков Л. А. Взаимодействие инженерных сооружений с геологической сре­дой. М.: Недра, 1988. 222 с.

Овчинников Г. И., Карнаухова Г. А. Прибрежные наносы и донные отложения Братского водохранилища. Новосибирск: Наука, 1985. 69 с.

Пашкин Е. М. Обобщение опыта инженерно-геологических исследований при строительстве туннелей значительной протяженности Й Инженерная геология. 1991. №2. С. 3—27.

Печеркин И. А. Геодинамика побережий Камских водохранилищ. Часть И. Гео­логические процессы. Пермь: Изд-во Пермск. ун-та, 1969. 307 с.

Попов И. В. Инженерная геология. М.: Геолиздат, 1951. 444 с.

Попов И. В. Инженерная геология. М.: Изд-во МГУ, 1959. 510 с.

Проблемы классифицирования склоновых фавитационных процессов / Под ред. М. В. Чуринова и Е. А. Толстых. М.: Наука, 1985. 204 с.

Проблемы охраны геологической среды на примере Восточной Сибири. Ново­сибирск: Наука, 1993. 165 с.

Рагозин А. Л., Бурова В. Н. Метод прогнозной экспресс-оцеики интенсивной переработки берегов водохранилищ Й Гидротехническое строительство. 1993. № 10. С. 20—26.

Рекомендации по инженерным изысканиям для прогноза переработки берегов. М.: Сфойиздат, 1986. 56 с.

Розовский Л. В., Зелинский И. П. Инженерно-геологические прогнозы и моде­лирование. Одесса, 1975. 115 с.

Ройнишвили Н М Защита железнодорожного пути от горных обвалов и осы­пей М Транспорт, 1973 304 с

Саваренский Ф П Инженерная геология ОНТИ, 1939 488 с Саваренский И А , Миронов Н А Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста М Изд-во ПНИИИС, 1995 167 с

Садов А В Аэрокосмические методы в инженерной геодинамике М Недра, 1988 207 с

Современные методы прогноза оползневого процесса / Под ред М В Чурино- ва, Е П Емельянова и Г Р Хоситашвили М Наука, 1981 120 с

Соколов Д С Основные условия развития карста М Госгеолиздат, 1962 320 с

Строительные нормы и правила СНиП 2 06 04-82 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) М Госком по делам строительства, 1983 38 с

Тер-Степанян ГСО длительной устойчивости склонов Ереван Изд-во АН АССР, 1961 128 с

Терцаги К Механизм оползней И Проблемы инженерной геологии М Изд-во ИЛ, 1958 С 174—219

Толмачев В В, Райтер Ф Инженерное карстоведение М Недра, 1990 151 с Толмачев В В, Троицкий Г М, Хоменко В П Инженерно-строительное освое­ние закарстованных территорий М Стройиздат, 1985 176 с

Трофимове Т Генезис просадочности лессовых пород М Изд-во МГУ, 1999 271 с

Трофимов В Т, Бондаренко В С Современные гипергенные процессы как фактор формирования просадочности лессовых пород // Теория цикличности лессов М Наука, 1985 С 121—131

Фисенко Г Л Устойчивость бортов, карьеров и отвалов М Недра, 1965 378 с

Формирование берегов Ангарских водохранилищ Новосибирск Наука, Сиб отд , 1976 72 с

Формирование берегов Ангаро-Енисейских водохранилищ Новосибирск Наука, Сиб отд, 1988 112с

Шеко А И Закономерности формирования и прогноза селей М Недра, 1980 Шейдеггер А Е Физические аспекты природных катастроф М Недра, 1981 232 с

Шуйский Ю Д, Симеонова ГА О влиянии геологического строения морских берегов на процессы абразии II Докл Болг АН 1976 Т 29, № 2

Шустер Р, КриэекР Оползни Исследование и укрепление М Мир, 1981 366 с

Ярг Л А Методы инженерно-геологических исследований процесса и кор вы­ветривания М Недра, 1991 139 с

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

выделение в особый класс подготовительных процессов, ко­торые создают благоприятные условия для возникновения опасных явлений;

разработка методов количественных оценок и прогнозов уг­рожаемое™ развития геологических процессов под воздействием техногенеза;

• разработка методики организации и функционирования геодинамического мониторинга (детального, локального и регио­нального) на освоенных территориях, где последствия динамичес­кого взаимодействия являются особо опасными;

• обоснование критериев оценки и прогноза как угрожаемо­сти геологических процессов и явлений для экологической без­опасности жизнедеятельности, так и инженерного риска при строи­тельстве и эксплуатации инженерных сооружений.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Изучение сейсмических волн для оценки землетрясений 71

Оценка силы землетрясений 74

Прогноз землетрясений 84

Влияние сейсмичности на устойчивость территории и сооружений . 88

Глава 8. Наведенная (техногенная) сейсмичность. Природа явления. Локаль­ные закономерности 96

Наведенная сейсмичность, связанная со строительством и заполнени­ем крупных водохранилищ 98

Возбужденная сейсмичность, связанная с атомными взрывами . ... 118

Наведенная сейсмичность, связанная с добычей полезных ископаемых 121

Глава 9. Современные иеотектонические движения. Региональные законо­мерности. Влияние на устойчивость сооружений 123

Литература к разделу II 133

РАЗДЕЛ III

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ЭКЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ

Глава 10. Выветривание горных пород 136

Процесс выветривания и его кора 138

Оценка выветрелости горных пород 148

Оценка степени выветрелости по трещиноватости 149

Показатели степени выветрелости пород верхних горизонтов коры вы­ветривания 156

Техногенное выветривание 159

Выветривание (разуплотнение) глинистых пород в техногенных обна­жениях 163

Выветривание скальных и полускальных пород в техногенных обна­жениях 167

Характерные особенности кор выветривания. . . 169

Защитные мероприятия от выветривания 171

Глава 11. Формирование и изменение берегов под влиянием волновой энер­гии. Переработка берегов искусственных водоемов 172

Развитие бербгов морей и океанов 173

Переработка берегов 183

Прогноз переработки берегов 196

Методы прогноза переработки берегов 198

Обоснование мероприятий по защите берегов от переработки. ... 218

Глава 12. Эрозионные процессы 221

Определение и виды эрозии 221

Условия и факторы эрозионного процесса 224

Плоскостной смыв. Эрозия почв 226

Оврагообразование 229

Эрозионная деятельность рек 236

Глава 13. Селевые потоки 246

Глава 14. Гравитационные процессы и явления на природных склонах и тех­ногенных откосах 260

Устойчивость склонов и откосов 260

Виды гравитационных явлений 262

Распространение и значение гравитационных явлений 264

Морфология и строение оползневых склонов и откосов 270

Условия и факторы оползневого процесса 276

Механизм и динамика оползневого процесса 283

Классификация оползней 290

Прогнозирование оползневых явлений 297

Обвальные явления 335

Противооползневые и противообвальные мероприятия 339

Глава 15. Просадочные явления в лёссовых породах 344

Определение и значение 344

Прогнозирование просадочных явлений в лёссах 354

Специфика строительства на просадочных грунтах 364

Глава 16. Карстовые явления 366

Определение и значение 366

Условия и факторы развития карста 371

Оценка закарстованности и прогноз устойчивости территорий и со­оружений 375

Противокарстовая защита 382

Глава 17. Оседание земной поверхности в результате водопонижения . . . 385

Глава 18. Суффозия и фильтрационный выпор 394

Суффозия 394

Фильтрационный выпор 398

Глава 19. Плывунные явления 399

Определение и значение 399

Природа плывунных явлений 401

Противоплывунные мероприятия в строительной и горной практике. 404

Глава 20. Подтопление и заболачивание территории 405

Литература к разделу III ....’. 407

Иван Пенкович Иванов, Юрий Болеславович Тржцииский