Обвально-осыпные процессы:

Механизм: Физическое выветривание (температурное, морозное) расширяет и углубляет трещины, снижая сцепление между блоками.

Накопление продуктов выветривания на склонах образует осыпные шлейфы, которые являются источником обломочного материала для селей и сами могут проявлять подвижность.

3. Курумообразование:

Рассматривается как специфический процесс в условиях интенсивного физического выветривания (суточные и сезонные перепады температур).

Курумы представляют собой многометровые толщи грубообломочного материала, способные к солифлюкционному течению.

В) Процессы, активизируемые выветриванием (вторичное влияние):

Сели: Продукты выветривания (дресва, щебень, глина) составляют твердую фазу селевого потока.

Эрозия: Выветрелые, рыхлые породы легче размываются поверхностными водами.

Суффозия: Выветривание увеличивает пористость и трещиноватость, облегчая вынос мелких частиц.

3. Инженерно-геодинамическая оценка

Роли выветривания при решении следующих задач:

1. Оценка устойчивости склонов и откосов:

Определить положение и свойства зоны выветривания, которая станет потенциальной поверхностью скольжения.

Необходимые исследования: Детальное картирование коры выветривания, определение мощности глинистой зоны, оценка её консистенции и прочностных характеристик в сухом и водонасыщенном состоянии.

2. Прогноз развития процессов во времени:

Оценка скорости современного выветривания в конкретных климатических и геологических условиях. Прогноз дальнейшего ослабления массива в бортах карьеров, выемок, на скальных откосах сооружений.

3. Выбор инженерных мероприятий:

   • Профилактические: Защита поверхностей от дальнейшего выветривания (торкретбетон, набрызг-бетон, противоморозные покрытия).

   • Конструктивные: Полная или частичная выемка (удаление) неблагоприятной коры выветривания из-под фундаментов или из тела откосов.

   • Дренажные: Систематический дренаж для осушения глинистой зоны выветривания и поддержания её прочностных свойств.

   • Стабилизирующие: Устройство улавливающих и подпорных сооружений у подножья склонов, сложенных выветрелыми породами.

15. Эрозионные процессы. Общая характеристика.

Эрозионные явления проявляются в подмыве и размыве (разрушении) берегов и русла водными потоками реки, размыве и разрушении склонов и водоразделов потоками дождевых и талых вод. Эти явления формируют и изменяют рельеф и строение речных долин.

Классификация по фактору воздействия:

Поверхностная эрозия: Смыв материала со склонов потоками дождевых и талых вод, не сосредоточенными в едином русле. Создает сеть мелких промоин.

Линейная (русловая) эрозия: Разрушение пород сосредоточенными водными потоками в постоянных или временных руслах. Главный процесс рельефообразования. Подразделяется на:

• Донную (глубинную) эрозию – углубление русла.

• Боковую эрозию – подмыв и расширение русла, приводящее к меандрированию.

Классификация по темпу развития:

Нормальная (естественная) эрозия – протекает в условиях ненарушенного природного равновесия.

Ускоренная (техногенная) эрозия –ускорена хозяйственной деятельностью (вырубка лесов, распашка склонов, строительство).

2. Факторы развития и интенсивности эрозии (по Ломтадзе)

Интенсивность процесса определяется комплексом условий:

Климатический: Количество, интенсивность и тип осадков. Ливневый характер дождей – главный активатор ускоренной эрозии.

Геолого-геоморфологический:

Крутизна и длина склона – определяют скорость стока и кинетическую энергию потока.

Состав и состояние пород: наиболее подвержены эрозии рыхлые, несвязные породы (лёссы, пески, суглинки) и трещиноватые скальные массивы.

Растительный покров: является главным природным фактором. Корни скрепляют грунт, а растительный покров гасит энергию капель дождя и замедляет сток.

Техногенный фактор: Любая деятельность, удаляющая растительность, нарушающая естественный сток или изменяющая профиль склонов (распашка вдоль склона, строительство дорог без водоотвода, перевыпас).

Инженерно-геологические опасности и последствия

Овражная эрозия: наиболее опасная форма линейной эрозии. Овраги быстро растут (до десятков метров в год), расчленяя и уничтожая сельскохозяйственные земли. Подрезают склоны, вызывая оползни. Разрушают инженерные сооружения (фундаменты зданий, опоры ЛЭП, дороги, трубопроводы). Заиливают водоёмы продуктами размыва.

Боковая эрозия рек: Угроза подмыва и разрушения берегов, на которых расположены населённые пункты и сооружения.

Поверхностный смыв: Потеря плодородного почвенного слоя (гумуса). Заиление рек, водохранилищ, дренажных систем.

Стадийность развития линейной эрозии (на примере оврага)

Стадия промоины: Образование начальной рытвины от сосредоточенного стока.

Стадия врезания (вершинный перепад): Активное углубление дна оврага, образование крутого уступа в его верховье.

Стадия вырабатывания профиля равновесия: Углубление замедляется, начинает преобладать боковое расширение за счёт обрушения берегов и склонов.

Стадия затухания: Склонов выполаживаются, дно задерновывается, овраг превращается в балку.

Принципы прогноза и борьбы

Мероприятия по защите делятся на группы:

Организационно-хозяйственные (базовые): Правильная планировка землепользования (например, распашка поперёк склона), лесомелиорация, регулирование выпаса.

Агротехнические

Гидротехнические:

Для борьбы с оврагами: Водозадерживающие валы и канавы в верховьях, закрепление вершинного перепада (лотки, быстротоки, запруды), террасирование склонов оврага, посадка кустарника и деревьев.

Для защиты от боковой эрозии: Берегоукрепительные сооружения (буны, шпунт, габионы), спрямление и регулирование русел.

16. Подмыв и разрушение берегов рек.

Подмыв и разрушение – эрозионное явление, формирующее и изменяющее рельеф и строение речных долин. Формирует продольный и поперечный профиль речной долины (ведущее значение – донная и боковая эрозия)

Донная эрозия проявляется в размыве русла реки, во врезании речного потока на глубину. Боковая в подмыве и разрушении берегов, в разработке долины в ширину. Боковая эрозия сменяет донную (неотектонические и другие процессы). Боковая эрозия преобладает на более широких участках (выполаживания) продольного профиля. Именно здесь река образует излучины, меандры, подмывает и разрушает берега. Склоны долины на таких участках более пологие, террасированные, одностороннего или двустороннего развития, мощность рыхлых отложений повышенная или большая.

На реках северного полушария, текущих на север или на юг, правый берег в большей степени подвергается боковой эрозии, чем левый, и поэтому он более крутой и высокий (особенности движения тел по поверхности вращающейся Земли).

Боковая эрозия создает нишу, что приводит к потере устойчивости верхней части массива.

Циклический характер:

1. Фаза активного подмыва у основания склона в период высоких расходов воды (половодье, паводок).

2. Фаза гравитационного обрушения нависающего блока.

3. Фаза удаления и переработки обломочного материала потоком, после чего цикл повторяется.

Основные причины и факторы

Гидродинамический фактор (первичный):

• Ударная сила потока, особенно в приповерхностных слоях воды, где скорость максимальна.

• Турбулентность потока и наличие воронкообразных вертикальных вихрей, вымывающих материал у основания.

• Кориолисова сила, обуславливающая асимметрию подмыва

Геолого-геоморфологический фактор (определяющий устойчивость):

• Состав и строение берега: наиболее быстро разрушаются берега, сложенные рыхлыми, несвязными или слабосвязанными породами (аллювиальные пески, лёссы, суглинки). Наличие слоистости или трещиноватости резко снижает устойчивость. Подмыв усиливается, если в основании склона залегают мягкие, легкоразмываемые породы (глины, пески), а выше – более устойчивые.

• Высота и крутизна берегового уступа.

Техногенный фактор:

• Изменение гидрологического режима (спрямление русел, создание водохранилищ).

• Вывоз песчано-гравийной смеси из русла, что нарушает баланс наносов и усиливает размывающую способность потока.

• Нагрузка на бровку берега (строительство, дороги)

Подмыв является запускающим геодинамические явления:

1. → Оползни: подмыв создает подрезку склона, что приводит к сдвигу массива по глубокой криволинейной или наклонной поверхности.

2. → Обвалы и осыпи: характерны для крутых берегов, сложенных трещиноватыми скальными или полускальными породами.

3. → Активизация овражной эрозии на прибрежных склонах из-за изменения базиса эрозии (поверхность, ниже которой русло не углубляется).

4. → Переформирование русла 

Инженерно-геологические последствия

• Отступание береговой линии (до 20 м за один паводок).

• Уничтожение инженерных сооружений у края берега.

• Загрязнение реки смываемым грунтом.

Принципы прогноза и защиты

• Расчет потенциальной энергии потока для критических расходов воды.

• Оценка устойчивости берегового массива 

• Выявления исторической динамики русла по картам и аэрофотоснимкам.

Мероприятия по защите делятся на две стратегии:

Активная (регулирующая) защита – воздействие на причину (поток):

• Спрямление и закрепление русла для снижения энергии удара струй о берег.

• Направляющие дамбы, полузапруды – для отвода основного струйного потока от разрушаемого берега.

• Донные регуляционные сооружения (решетки, пороги) – для гашения придонной турбулентности у берега.

Пассивная (укрепляющая) защита – воздействие на следствие (берег):

• Непосредственное крепление подмываемой части берега: Габионы, каменная наброска

• Укрепление бровки и откоса берега: Террасирование, одерновка

• Борьба с оползнями: Дренаж для снижения гидродинамического давления в береговом массиве.

17. Размыв и разрушение склонов. Овражно-балочные явления.

Овраги образуются в результате размыва склонов и водоразделов. На определенной стадии развития их продольный профиль и склоны достигают равновесия, начинает замедляться их рост, и они превращаются в балки или лога. Следовательно, овраги — это результат начальной ускоренной линейной эрозии (размыв склонов потоками дождевых и талых вод).

Механизмы и формы

• Поверхностный (плоскостной) смыв: Равномерное удаление мелкозема дождевыми и талыми водами, не сосредоточенными в руслах. Главный подготовительный этап, создающий условия для линейной эрозии.

• Линейный размыв (промоинный): Сосредоточенный размыв временными водотоками с образованием промоин 

• Оползневое разрушение: Массовое смещение грунта по склону, из-за подмыва его основания.

• Осыпное и обвальное разрушение: характерно для крутых склонов, сложенных трещиноватыми или слоистыми породами.

Факторы:

• Климатический: Количество и интенсивность ливней 

• Геоморфологический: Крутизна и длина склона 

• Геологический: Наибольшей опасности подвержены склоны, сложенные лёссами, суглинками, рыхлыми песками.

• Растительный покров: Его отсутствие причина ускорения

• Техногенный: Неправильная распашка вдоль склона, строительство без организованного стока, перегрузка бровки склона.

Овражно-балочные явления

Овраг и балка последовательные стадии единого процесса линейной эрозии.

А) Овраг – активная стадия разрушения

-Линейная форма рельефа с крутыми, незадернованными склонами, формирующаяся в результате интенсивного размыва временными водотоками.

Стадийность развития оврага (классическая схема по Ломтадзе):

1. Стадия промоины: Глубина до 0.5-1 м.

2. Стадия врезания: Активное углубление днища. В верховьях образуется крутой уступ – вершинный перепад, который быстро отступает вверх по склону. 

3. Стадия вырабатывания профиля равновесия: Углубление замедляется, начинается расширение за счет обрушения и оползания бортов.

4. Стадия затухания: Снижение активности, склоны выполаживаются, дно начинает задерновываться. Овраг переходит в стадию балки.

Б) Балка – пассивная (затухающая) стадия

-Вытянутое понижение с пологими, задернованными склонами и широким дном. Балка представляет собой потенциально опасный объект. При нарушении естественного равновесия (например, распашка дна, перехват стока) может произойти реактивация эрозии – образование по дну балки вторичных (донных) оврагов.

Инженерно-геологическая опасность

• Быстрое уничтожение земель.

• Расчленение территории, затрудняющее строительство и коммуникации.

• Подрезка склонов оврагами, ведущая к активизации оползней.

• Заиление водоёмов и гидротехнических сооружений продуктами размыва.

• Угроза инженерным сооружениям на краю балки

Принципы прогноза и борьбы

Прогноз основывается на оценке:

• Эрозионного потенциала территории (по климату, рельефу, грунтам).

• Стадии развития оврага (скорость роста вершинного перепада)

• Баланса твёрдого стока: соотношения между привносом и выносом материала.

Комплекс защитных мероприятий

Организационно-хозяйственные и лесомелиоративные:

• Правильная противоэрозионная организация территории (направление вспашки, севообороты). НЕ вдоль склонов и вблизи вершин оврагов

• Создание лесных полос для задержания стока и снижения скорости ветра.

Гидротехнические:

• На склоне (водозадерживающие): Канавы, валы-террасы для перехвата и безопасного отвода стока выше вершин оврага.

• В овраге:

Закрепление вершинного перепада: Лотки, быстротоки, перепады из бетона или камня для гашения энергии падающей воды.

Закрепление дна и откосов: Запруды из габионов, камня, дерева для создания системы местных базисов эрозии и заиления. Посадка кустарников (облепиха, ива).

Полная засыпка для небольших оврагов в условиях застройки.

18. Плоскостная (склоновая) эрозия.

Плоскостная эрозия – это сравнительно равномерный смыв и удаление материала (частиц почвы и продуктов выветривания) со всей поверхности склона потоками дождевых и талых вод, не сосредоточенными в постоянных руслах.

Процесс протекает в две стадии:

1. Отрыв и взвешивание частиц: Удар капель дождя (дождевая эрозия) разрушает почвенную структуру, а тонкая плёнка стекающей воды отрывает и переводит во взвешенное состояние мелкие частицы.

2. Транспортировка и вынос: Поверхностный сток (в форме сплошной плёнки или сети мельчайших струйчатых потоков) переносит взвешенный материал вниз по склону к его подножию или в линейные эрозионные формы (промоины).

Отличительные особенности от линейной эрозии

1. Действует на всей поверхности склона, а не локально.

2.  Часто протекает малозаметно (особенно на ранних стадиях), но с потерей плодородного слоя.

3. Является предшественником линейной эрозии. Интенсивный смыв ослабляет поверхностный слой, и сток начинает образовывать промоины

Факторы

Климатический

• Энергия дождевых капель. 

• Интенсивность снеготаяния. Быстрое таяние на мёрзлой почве, не впитывающей воду, вызывает мощный плоскостной сток.

Геоморфологический:

• Крутизна и длина склона определяет скорость стекания воды и её транспортирующую способность, с увеличением длины склона нарастает объём и скорость стекающей воды.

Геологический:

• Гранулометрический состав и структура грунта. Наиболее подвержены смыву лёгкие суглинки, супеси, деградированные почвы.

• Инфильтрационная способность. Чем меньше вода впитывается, тем больше её уходит на поверхностный сток.

Биотический - Корни скрепляют почву, а надземная часть гасит энергию дождевых капель и замедляет скорость стока.

Техногенный - Распашка склонов (особенно вдоль склона), Перевыпас скота, Строительные работы без организации временного водоотвода и закрепления грунта.

Инженерно-геологические последствия

Прямые последствия:

• Потеря плодородного гумусового горизонта 

• Ухудшение физико-механических свойств грунтов на склоне (снижение пористости, влагоёмкости).

Производные последствия:

• Подготовка условий для линейной эрозии 

• Заиление рек, водохранилищ, каналов, дренажных систем и снижению их пропускной способности.

• Загрязнение водоёмов биогенами и агрохимикатами, сорбированными на смытых частицах

Принципы прогноза и защиты

Для Ломтадзе борьба с плоскостной эрозией – это профилактика более опасных линейных форм.

Прогноз основан на картировании эрозионной опасности территории с учётом всех факторов. Учитываются: климат, длина и крутизна склона, почвозащитный фактор и фактор противоэрозионных практик.

Комплекс защитных мероприятий:

1. Организационно-хозяйственные

   • Выделение запретных полос вдоль русел, запрет распашки на крутых склонах.

   • Введение почвозащитных севооборотов.

2. Агротехнические

   • Поперечная вспашка.

   • Посев покровных культур.

   • Внесение органических удобрений для улучшения структуры почвы.

   • Создание полезащитных и водорегулирующих лесных полос на склонах.

3. Гидротехнические

   • Террасирование склонов.

   • Устройство водозадерживающих валов и канав для перехвата и безопасного отвода стока.

19. Плывуны.

Плывунами называют водоносные пески тонко- и мелкозернистые, пылеватые и сильнопылеватые, которые при вскрытии горными выработками плывут. Их оплывание может происходить медленно толстым слоем, и быстро и, в виде прорыва. Требуют специальных методов ведения строительных и горных работ и специальных инженерных мероприятий для устойчивости сооружений.

По инженерно-геологической классификации ГП относятся к породам особого состава, состояния и свойств.

Некоторые глинистые породы при увлажнении размокают, теряют связность, приобретают текучую консистенцию и начинают течь — оплывать, но влажность уменьшается и их оплывание прекращается.

Характерные признаки плывунов.

В естественном состоянии имеют светло-серый, зеленовато-серый или синевато-серый цвет в зависимости от содержания примесей органического вещества и др составляющих. На воздухе окраска изменяется: становятся светлыми, желтоватыми в результате окисления закисных форм железа и др минеральных соединений.

При проходке буровыми скважинами образуются пробки: порода поднимается по скважине выше забоя до 15 м. Это связано с разностью напора в водоносной породе в затрубном пространстве скважины и внутри ее.

Способность разжижаться при сотрясении под влиянием механических воздействий и после прекращения этих воздействий самопроизвольно восстанавливать первоначальное состояние.

Состав и физико-механические свойства плывунов. В грансоставе преобладают тонкозернистые (0,1 — 0, 05 мм) или мелкозернистые (0,25—0,1 мм) фракции. Кроме того, для них характерно повышенное содержание пылеватых (алевритовых) фракций (0,05— 0,002 мм) и обязательное присутствие глинистых (тонкодисперсных) частиц (<0,002 мм).

В тонкодисперсной (глинистой) части содержатся коллоиды (дисперсные частицы размером <0,1 мкм). Если плывун взболтать с водой, коллоидная его часть не оседает в течение месяцев.

Минеральный состав. Основная масса тонкодисперсной части, кроме органического вещества, состоит из глинистых минералов группы гидрослюд, часто каолинита, монтмориллонита, глауконита, а также окислов кремнезема, глинозема и железа.

Более грубозернистая часть представлена пылеватыми и тонко- и мелкозернистыми песчаными частицами, состоит из зерен кварца разной степени окатанности с примесями полевых шпатов, слюд, реже цветных минералов.

Плывуны имеют пониженную плотность (1,7 – 1,9 г/см³), плотность скелета (1.2 – 1.6 г/см³). Естественная влажность изменяется от 23 до 48%, пористость - от 36 до 58%, коэффициент пористости - от 0,7 до 1,4. Небольшая водопроницаемость (0,02 – 2,6 м/сутки), часто вообще не фильтруют воду, а коэффициент водоотдачи не превышает 0,2. Плывуны, в условиях естественного залегания, обладают малым сопротивлением сдвигу. Угол естественного откоса изменяется от 3 до 9⁰.

Природа плывунности плывунов связана с действием гравитационных, гидростатических и гидродинамических сил на гидрофильную породу с ослабленными внутренними силами взаимодействия между частицами - на песчаную породу с малой прочностью (сопротивлением сдвигу).

Микроорганизмы оказывают воздействие на минеральный состав, дисперсность, строение и напряженное состояние.

При проектировании сооружений необходимо знать:

1. глубина и условия их залегания;

2. геоморфологические условия участка распространения плывунов;

3. состав, ФМС и свойства перекрывающих и подстилающих пород;

4. гидрогеологические особенности плывунов

Практические задачи проектирования и строительства в зонах распространения плывунов связаны с оценкой:

1) условий строительства на плывунах, с использованием их в качестве основания сооружений

2) условий строительства в плывунах, с их разработкой и сооружением в них подземных горных выработок и сооружений.

Для искусственного улучшения плывунов используют двухрастворную силикатизацию и электроосмотическое осушение.

Группы специальных способов проходки:

1. Проходка подземной выработки с помощью специальных ограждающих крепей, опережающих забой. Проходка сопровождается водоотливом или понижением уровня подземных вод водопонижающими скважинами, располагающимися по контуру подземной выработки.

2. Проходка подземной выработки после замораживания пород. Охлаждение до температуры — 20°С.

3. В плывунах с повышенным напором, проходку подземных выработок осуществляют с помощью проходческих щитов, в которых создают повышенное давление воздуха. Под действием сжатого воздуха плывун или вода в водонасыщенной породе отжимается от забоя, порода приобретает устойчивость и это позволяет ее разрабатывать, крепить подземную выработку и производить ее гидроизоляцию.

20. Суффозионные явления.

Суффозия - один из видов фильтрационного разрушения обломочных пород или заполнителя трещин и полостей в скальных и полускальных горных породах. В результате образуются пустоты (поноры), которые могут приводить к оседанию или обрушению верхних слоев грунта, формируя провалы и суффозионные озера Развитие суффозии характеризует фильтрационное разрушение, фильтрационную неустойчивость горной породы или заполнителя трещин и карстовых полостей.

Условия развития, определяющие нарушение внутреннего равновесия в породе:

1. неоднородность породы, при которой возможно передвижение и вынос мелких частиц среди крупных

2. градиенты потока, вызывающие образование повышенных скоростей фильтрации воды или определенной величины гидродинамического давления в породе;

3. наличие области выноса, разгрузки породы от мелких частиц.

В зависимости от геологической обстановки суффозия может развиваться в определенном слое или толще неоднородных по гранулометрическому составу пород, на контакте двух слоев, различающихся по составу; в неоднородном по составу заполнителе трещин и карстовых полостей. Развивается в породах с коэффициентом неоднородности грансостава больше 20, гидравлический градиент больше 5

При ИГ исследованиях для обоснования проектирования и строи­тельства при прогнозе развития суффозии необходимо оценивать условия развития.

Для предупреждения суффозии применяют меры, которые оказывают влияние на уменьшение градиентов и скоростей фильтрационного потока. Поэтому снижают уровни ПВ дренажами в опасных участках; с целью уменьшения градиентов потока устраивают шпунтовые ограждения и противофильтрационные завесы для увеличения длины пути фильтрации потока или полного ограждения от него защищаемого участка.

21. Просадочные явления в лёссовых породах.

Лёссовые породы - особый петрографический тип континентальных отложений.

В отличие от породы, образовавшейся эоловым путем, выделяется вторичный лёссовидные породы, имеющие облик лёсса, но образовавшиеся делювиальным, пролювиальным, аллювиальным и др путями. Обручев дал характеристику этих двух генетических групп лёссовых пород, их внешних признаков, особенностей состава, условий залегания и т. д.

Характеристику лёсса дал И. Н. Трофимов. Лёссы обладают характерными признаками и свойствами, для инженерно-геологической оценки важны:

• Макропористость – важнейший. В форме трубочек, канальцев и других пустот вертикально пронизывают породу

• высокая пылеватость;

• высокое содержание солей карбонатных и сульфатных;

• легкая размываемость и размокаемость;

• склонность к просадкам при увлажнении – тоже важная

• условия залегания в виде мощных толщ и покровов.

Наиболее важная их особенность в склонности к просадкам. При замачивании без увеличения нагрузки дают доп. осадку провального характера. Просадки развиваются быстро и неравномерны по величине.

При строительстве возникает опасность нарушения их устойчивости и сохранности влажности.

Лёссовые породы на территории России распространены очень широко и в зоне современных степей и лесостепей; Мощность лёссовых пород до 30 м, иногда 100 м в южных предгорных районах, в зависимости от их высотного и геоморфологического положения. Почти повсеместно распространены голоценовые лёссовые породы.

Петрографические особенности лёссовых пород. Самостоятельный петрографический тип континентальных отложений. Преобладающими являются суглинки лёгкие и средние с пылеватым грансоставом.

Просадки в лёссовых породах в виде блюдцеобразных плоских понижений, западин, ложбин и воронок, отдельно и группами.

В окрестностях Иркутска распространены замкнутые воронкообразные понижения.

Форма воронок чаще круглая, диаметр достигает 15 м группами, и 50 м одиночно. Глубина обычно 2-3 м, склоны крутые.

В районах с широким развитием воронок рельеф приобретает характер «мелкосопочника», в районе г. Ир­кутска на III и частично на IV террасах р. Ангары, на склоне Синюшиной горы в долине р. Иркута.

При оценке просадочности лёссовых пород, необходимо учитывать, что они макропористы, и имеют низкую естественную влажность, общую пористость, достигающую 45% и выше, коэффициент пористости более 0,72, плотность скелета (объёмный вес скелета) 1,6 г/см³ и меньше, а коэффициент насыщения не превышает 0,6.

Для устранения просадочности применяют методы:

а) уплотнение грунтовыми сваями, трамбованием, взрывами;

б) термическое закрепление пород;

в) однорастворную силикатизацию пород;

г) частичную замену просадочной породы не просадочной, путем устройства грунтовых или бетонных подушек;

д) предварительное замачивание и с их доуплотнение до строительства

22. Проектирование и строительство сооружений на лёссовых породах.

Проблема проектирования и строительства сооружений связана с неустойчивостью к воде и с просадками.

Основная причина просадки лёссовых пород - под воздействием воды разрушаются структурные связи и строение, оплывают макропоры, породы уплотняется от собственного веса, или под нагрузкой от сооружения. Нарушения устойчивости сооружений связаны с замачиванием.

Согласно СНиП прочность, устойчивость и эксплуатационная пригодность зданий и сооружений, обеспечивается:

1. предохранением лёссовых пород от замачивания;

2. прорезкой лёссовых пород глубокими фундаментами;

3. устранением просадочных свойств лёссовых пород;

4. применением конструкций зданий и сооружений, малочувствительных к неравномерным просадкам.

Для предохранения лёссовых пород от замачивания применяют:

а) планировку строительной площадки и отвод дождевых и талых вод нагорными и водоотводными канавами. Главная цель в быстром отводе поверхностных вод со строительной площадки, недопущении их скопления;

б) устройство изоляционных покрытий вокруг, внутри, по днищам и откосам сооружений для предупреждения инфильтрации поверхностных и производственных вод в толщу лёссовых пород;

в) прокладку коммуникаций, транспортирующих воду, в водонепроницаемых лотках;

г) компоновку сооружений и подземных коммуникаций, при которой утечки воды не влияют на устойчивость соседних сооружений.

Прорезка просадочных лёссовых пород глубокими фундаментами применяется для передачи нагрузки от сооружений на нижележащие непросадочные породы. Частичная прорезка допускается, когда оставляемая часть лёссовых пород не вызовет просадки

Для устранения просадочных свойств методы:

а) уплотнение грунтовыми сваями, трамбованием, взрывами;

б) термическое закрепление пород;

в) однорастворную силикатизацию пород;

г) частичную замену просадочной породы не просадочной, путем устройства грунтовых или бетонных подушек;

д) замачивание пород и доуплотнение до строительства.

Мероприятия для устойчивости сооружений применяют такие, которые снижают чувствительность к неравномерным просадкам:

а) разрезку сооружений на части осадочными швами;

б) придание жёсткости отдельным частям сооружения дополнительным армированием, устройством железобетонных поясов по цоколю фундаментов и по междуэтажным перекрытиям и др.;

в) уменьшение удельной нагрузки на подошву фундаментов путем увеличения их опорной площади и др.

23. Общая характеристика оползневых процессов.

Оползень - масса горных пород, сползшая или сползающая по склону или откосу под влиянием силы тяжести, гидродинамического давления, сейсмических и др сил. Это результат процесса, проявляющегося в вертикальном и горизонтальном смещениях масс ГП из-за нарушения их устойчивости. Относятся к гравитационным процессам.

Оползни изменяют очертания склонов и откосов, создают специфический оползневой рельеф местности, разрушая геологическое строение

Сползание масс при оползневом процессе происходит по одной или нескольким поверхностям скольжения, которые являются характерным элементом структуры. Оползни весьма разнообразны по размерам (масштабам), причинам нарушения их равновесия, динамике развития процесса и другим признакам.

Оползень образует оползневой участок, захватывающий площадь склона или откоса и прилегающей к ним местности. На высоких склонах оползни могут образовать несколько ярусов. Часто один оползневой участок склона примыкает к другому, образуя оползневые районы.

Когда массы горных пород сползли и причины, вызвавшие смещение устранены, оползень устойчив. Когда причины устранены частично, оползень неустойчив.

Ломтадзе подразделял оползни на 2 класса.

Класс 1. Оползни, обусловленные сдвигом. Превышение касательных напряжений над сопротивлением сдвигу по уже существующей или формирующейся поверхности.

1. Сдвиги (собственно оползни).  Характерно смещение по четкой поверхности скольжения (часто по контакту водоупорных и водоносных пластов). Делятся на:

• Асеквентные (последовательные): смещение начинается в нижней части склона из-за подрезки и постепенно развивается вверх по склону.

• Консеквентные: смещение происходит по готовой поверхности ослабления (слоистости, трещинам).

• Инсеквентные: поверхность скольжения пересекает слои, формируется в однородной толще.

2. Оплывания. Медленное вязкопластическое течение переувлажненных дисперсных грунтов (чаще всего глин) без образования четкой поверхности скольжения. Характерны для пологих склонов.

3. Оползни-обвалы. Быстрое отрывание и падение блоков горных пород с их последующим дроблением и скольжением. Преобладает фактор обрушения.

4. Солифлюкционные оползни. Сползание переувлажненных грунтов на склонах в условиях сезонного или многолетнего промерзания.

Класс 2. Оползни разуплотнения. Потеря прочности пород внутри массива из-за изменения их состояния.

5. Оползни разжижения. Катастрофически быстрое смещение водонасыщенных песков, пылеватых и лессовых грунтов, теряющих прочность при динамических воздействиях (сейсмика, вибрация).

6. Оползни выпирания. Связаны с выдавливанием пластичных, переувлажненных грунтов (например, глин) из основания склона под нагрузкой от вышележащих пород.

7. Оползни отседания (откосные выдавливания). Деформации, вызванные медленными ползучими деформациями (крипом) глубокозалегающих пластичных пород (каменная соль, глины), которые вызывают оседание и растрескивание вышележащих массивов на склонах.

Стадийность развития

Подготовительная: в склоне накапливаются деформации без видимого смещения. Формируются трещины отрыва в верхней части, происходит изгиб пластов, рост порового давления, ползучесть. Устойчивость склона приближается к предельному состоянию (коэффициент устойчивости → 1).

Признаки: Появление трещин на бровке склона, вспучивание грунта у его подошвы, локальные мелкие обвалы.

Основная: происходит отрыв оползневого тела по сформированной поверхности скольжения и его смещение вниз. Процесс может быть мгновенным (обвал) или длительным (оплывание).

Признаки: Резкое оседание и смещение масс, образование четкого уступа (тылового шва), хаотичный рельеф оползневого тела.

Стабилизации: Движение замедляется и останавливается. Оползень приходит в равновесие с новым профилем склона. Происходит уплотнение смещенных масс.

Признаки: Зарастание трещин, выполаживание рельефа, появление новой растительности.

Консервации: Оползневые формы сглаживаются процессами денудации (размыв, выветривание). Оползень становится частью неактивного рельефа.

24. Морфологические особенности оползневых участков.

Способ (механизм) движения масс горных пород. В одних случаях происходит сползание блока или блоков горных пород (структурные оползни), в других масса горных пород смещается (ползет) подобно вязкой жидкости по поверхности скольжения (пластические оползни). Бывают и переходные типы оползней.

Размеры оползневых массивов, могут быть различными - от отдельных срывов, измеряемых единицами м³, до объемов, измеряемых сотнями миллионов м³

При характеристике и оценке масштаба придерживаются шкалы: малые - отдельные глыбы, небольшие срывы объемом в единицы кубических метров; небольшие - от десятка до 100-200 м³; средние - сотни кубических метров до 1000 м³; большие - тысячи и десятки тысяч кубических мет­ров до 100-200 тыс. м³; грандиозные - сотни тысяч кубических метров и более.

Поверхность, по которой происходит отрыв масс и оползание -поверхность скольжения, диагностический признак явления. Оползни могут иметь несколько поверхностей скольжения.

Форма поверхности скольжения, в неоднородных породах может быть вогнутой, близкой к кругло цилиндрической. Чаще она плоская, плоскоступенчатая волнистая, в результате сочетания и неблагоприятной ориентировки систем трещин и других границ раздела (слоистости, сланцеватости и др.) в породах, слагающих склон или откос.

Место выхода поверхности скольжения на дневную поверхность в основании склона или откоса называют подошвой оползня, а в верхней части склона - вершиной. Выход ее на склоне справа и слева от оси оползня обозначает борта оползня.

Глубина захвата пород оползневыми деформациями (по Ф. П. Саваренскому)

В верхней части склона/откоса у вершины оползня - трещины отрыва — крутые, ориентированные дугообразно или по простиранию склона. По трещинам происходят смещения, в результате висячая плоскость трещин образует главный уступ высотою до нескольких м.

Оползневые террасы - верхние площадки, ограничивающие оползневые тела, горизонтальные или с наклоном в сторону поверхности скольжения, часто заболоченные. На крупных оползнях может быть несколько террас, соответствующих циклам оползневого процесса, и поверхность склона приобретает ступенчатый профиль

Оползневый цирк —выемка в склоне, имеющая вид амфитеатра, замыкающегося у вершины оползня. Когда трещины отрыва ориентированы по простиранию, вдоль фронта склона, в рельефе возникает ступень. Иногда на склоне/откосе образуется несколько ступеней, ориентированных параллельно друг другу.

Вдоль бортов оползня возникают трещины скалывания (сдвига), которые обозначают боковые границы оползня. По этим трещинам образуются сплошные или прерывистые уступы.

Рельеф поверхности оползневого тела обычно неровный, волнистый, бугристый, с западинами.

Источники подземных вод, постоянные/ временные, сосредоточенные/рассеянные, появляются в разных местах оползневого участка. Они образуют скопления воды в западинах, ручейки, заболачивают поверхность оползня и склон у его подошвы. Местами из-под оползня наблюдаются сосредоточенные выходы источников со значительным дебитом

Причины возникновения оползней. Происходит под воздействием силы тяжести, и возможно только когда сдвигающая составляющая силы тяжести превысит прочность пород, либо по поверхностям ослабления, когда будет нарушена устойчивость

Причинами нарушения равновесия могут служить:

1) увеличение крутизны склона или откоса при их подрезке, подработке или подмыве, при придании откосам большой крутизны;

2) ослабление прочности пород вследствие изменения физического состояния при увлажнении, набухании, разуплотнении, выветривании, нарушении естественного сложения и т. д., а также в связи с развитием в породах явлений ползучести;

3) действие гидростатических и гидродинамических сил на породы, вызывающих развитие фильтрационных деформаций (суффозию, выпор, переход в плывунное состояние и др.);

4) изменение напряженного состояния горных пород в зоне формирования склона и строительства откоса;

5) внешние воздействия — загрузка склона или откоса, а также участков, прилегающих к их бровкам, микросейсмические и сейсмические колебания и др.

Условия, способствующие образованию оползней.

1) климатические особенности района;

2) гидрологический режим водоемов и рек для береговых оползней

3) рельеф местности;

4) геологическое строение склонов и откосов;

5)неотектонические движения и сейсмические явления;

6) гидрогеологические условия;

7) развитие сопутствующих экзогенных геологических процессов

8) особенности ФМС горных пород;

9) инженерная деятельность человека.

25. Строение (структура) оползней.

Образование оползня заключается не только в формировании оползневого рельефа, но и в изменениях внутреннего строения склона/откоса. Эти изменения создают определенное строение (структуру) оползня, которое обусловливается геологическим строением склона или откоса, положением и формой поверхностей скольжения.

Асеквентные оползни - оползни, образующиеся в однородных неслоистых породах (глинах, суглинках, супесях и др.). Поверхность скольжения в таких породах вогнутая, имеет форму, близкую к кругло цилиндрической. Она обусловлена их ФМС. Трещины отрыва в верхней части склона/откоса образуют один или несколько сколов, и массы горных пород сползают в виде блоков по вогнутой поверхности скольжения. Так в рельефе образуются главный уступ и внутренние уступы.

Подошва оползня приурочена к основанию склона/откоса, а если ниже залегают слабые породы, то она врезается в эти породы и выходит на поверхность на некотором расстоянии от основания склона.

Поверхность скольжения в верхней части склона по плоскости трещины отрыва. У подошвы оползня она менее четкая, но определяется благодаря сдвигу пород, их наползанию, появлению бугров выдавливания, выходов источников и т. д.

Консеквентные оползни образуются в неоднородных и трещиноватых породах. Поверхность скольжения предопределена строением склона/откоса, и поверхностями раздела сплошности горных пород. Сползание происходит в виде блоков, либо они движутся как вязкая жидкость по наклонным поверхностям. Плоскостями скольжения этих оползней могут являться:

1) моноклинально наклоненная поверхность напластования пород;

2) наклонные слои или прослойки слабых пород (глин, аргиллитов, сажи, угля и др.);

3) поверхность коренных пород или нижняя граница зоны сильно выветрелых пород;

4) поверхности трещин;

5) поверхность мерзлых пород и др.

Форма поверхности скольжения у консеквентных оползней плоская, волнистая, наклонно-ступенчатая. Консеквентные оползни имеют самое широкое распространение.

Инсенквентные оползни (расположенные в крест простирания пород) образуются также в породах неоднородных, слоистых залегающих горизонтально или наклонно в сторону склона.

Поверхность скольжения врезается и пересекает слои разного состава. В вершине оползня она крутая, направлена вдоль поверхности трещины или трещин, а к пoдошве выполаживается, срезая слои или один из них.

26. Механизм и динамика оползневого процесса.

Оползание - движения со склонов/откосов отдельных объемов горных пород или подвижно соединенных между собой их частей, образующих оползневое тело, или вязкое течение масс горных пород.

Основным свойством механизма оползневого процесса является его определенность в части смещения (сдвига), т. е. относительного перемещения одной части горных пород по другой, по поверхностям и зонам ослабления.

В одних случаях происходит оползание сдвиг блоков горных пород (структурные оползни), в других перемещение происходит в виде течения, подобно вязкой жидкости (пластические оползни).

Бывают и переходные способы перемещения масс, когда отделившийся блок пород в процессе оползания разрушается, дробится, перетирается и дальнейшее его движение приобретает характер вязкого течения.

Структурные оползни всегда являются оползнями скольжения, массы горных пород скользят по поверхностям ослабления, по которым сопротивление сдвигу не в состоянии воспрепятствовать их смещению.

Пластические оползни обычно являются оползнями течения, у которых вязкое течение неоднородных оползневых масс турбулентный характер, при котором частицы пород, слагающих тело оползня, помимо главного на­правления движения (сдвига вдоль склона) совершают также и поперечные перемещения (сдвиги).

Вязкое течение характеризует развитие пластических или хрупко-пластических деформаций в объеме оползневых масс, а при образовании структурных оползней такие деформации развиваются только по поверхностям и зонам ослабления.

Динамика оползневого процесса. Характеризуется определенными закономерностями развития оползней во времени.

В динамике развития каждого оползня можно различать три этапа:

1) этап подготовки оползня, как правило, постепенного уменьшения устойчивости масс горных пород;

2) этап фактического образования оползня, как правило, сравнительно быстрой или резкой потери устойчивости массами горных пород;

3) этап существования - стабилизации оползня, восстановле­ния устойчивости масс горных пород.

27. Классификации оползней.

Основной принцип разделения оползневых явлений - по характеру перемещения оползневых масс разного состава и состояния, по устойчивому массиву горных пород разных условий залегания. Делятся на три группы: общие, региональные и частные.

Общие классификации должны учитывать «среду, с которой взаимодействуют геосистемы, основную внутреннюю или внешнюю причину процесса и характер взаимодействия».

Нифонтов - по типу и характеру их движения, выделив три группы: движение по поверхности наслоения или по трещинам (консеквентные), движение по неопределенной поверхности, независимо от поверхности наслоения, и движение пластических масс.

В общей классификации гравитационных явлений В. Д. Ломтадзе оползни занимают первое место (первый тип) и рассматриваются в трех видах: структурные (асеквентные, консеквентные и инсеквентные), пластические и структурно-пластические. Каждый вид характеризуется составом и движением оползневых масс и причинами нарушения устойчивости.

Частных классификаций много. Построены с учетом одного или двух признаков и являются очень конкретными.

• В классификации А. П. Павлова все оползни делятся на детрузивные (толкающие), возникающие в верхней части склона и толкающие вниз оползневые массы, и деляпсивные (соскальзывающие), возникающие в нижней части склона при его подрезке и растущие вверх по склону, формируя новые циклы.

И. В. Попов делит оползни по возрасту на древние и современные. К древним он относит плейстоценовые, плиоценовые, миоценовые оползни, а к современным - голоценовые, которые уже остановились или еще действуют.

Н.В. Родионов выделил три основных типа оползней: консистентные, вызванные переувлажнением глинистых отложений, суффозионные, возникающие в результате разрыхления песков за счет выноса из них мелких частиц подземными водами, выходящими на склон, и структурные, движущиеся по напластованию, трещинам, тектоническим нарушениям, падающим в сторону склона.

И.П. Иванов сгруппировал все нарушения устойчивости объектов в 10 типов по главной причине, вызвавшей их возникновение.

Региональные, Привязаны к определенным природным условиям (к конкретному региону), насыщены данными детальных исследований факто­ров процесса и долголетних стационарных наблюдений за динамикой их развития. Позволяют обосновывать программы научных и прикладных исследований, надежность рекомендаций по освоению оползневых районов и по осуществлению противоополз­невых мероприятий.

28. Прогноз устойчивости склонов и развития оползней.

Прогнозы оползней необходимы для предупреждения образования оползней; для расположения сооружений в безопасном месте; для установления необходимости борьбы; для предотвращения аварий и человеческих жертв.

Качественные методы – это заключение о том, возникнут или нет на склоне в данной местности оползневые смещения. Основывается на знании общих закономерностей развития оползней, на изучении инженерно-геологических условий участка (методы прогнозирования – инженерно-геологических аналогий, сравнительно геологический, геологического подобия).

Количественные методы – методы расчета коэффициента устойчивости и методы математического и натурного моделирования.

Прогноз, дать ответы на следующие вопросы

1. Возможность нарушения равновесия склона.

2. Тип нарушения.

3. Масштабы, границы.

4. Механизм смещения.

5. Время смещения.

6. Скорость смещения.

Выбор методов прогноза зависят от факторов:

1. Величина территории (локальный, региональный).

2. Срок, на который составляется прогноз (долгосрочный – 10–100 лет, краткосрочный, экстренный).

4. Стадия исследования и степень изученности склона (предварительный, ориентировочный, уточненный).

5. Геологические условия склона.

6. Стадия развития склона или стадия развития оползня.

Прогноз наиболее важен для следующих стадий развития оползней: 1 – стадия скрытой подготовки оползня, когда нет еще внешних признаков нарушения склона; 2 – стадия явной подготовки оползня с образующимися понижениями, трещинами у бровки склона и на удалении от нее; 3 – стадия повторных смещений.

Основные методы прогноза и их применение на разных стадиях:

• Количественные методы: Основаны на расчете коэффициента устойчивости. Ключевой метод для первой стадии и количественной оценки на стадии повторных смещений. Требуют построения инженерно-геологического разреза. Включают выбор наиболее опасной поверхности скольжения (по минимальному Куст). Учитывают вес пород и их прочностные характеристики (сцепление C и угол внутреннего трения φ).

• Качественные методы: Оценка на основе видимых признаков (морфология, трещины, шумы, стадия развития). Основной метод на стадии явной подготовки и один из методов для стадии повторных смещений.

• Вероятностно-статистические методы: Установление связей между смещениями и факторами-триггерами (осадки, уровень грунтовых вод, землетрясения и т.д.). Применяются для прогноза повторных смещений.

• Метод режимных наблюдений: Измерение скорости деформаций и их зависимостей от внешних факторов. Позволяет дать количественный прогноз на стадии подготовки.

Последовательность и логика количественной оценки устойчивости (для первой стадии):

• Выбор метода расчета в зависимости от геологии, рельефа и формы потенциальной поверхности скольжения.

• Построение расчетной схемы (инженерно-геологического разреза).

• Определение наиболее вероятной поверхности скольжения (по ослабленным зонам или в однородном массиве).

• Расчет Куст для нескольких возможных поверхностей.

• Выбор наименьшего значения Куст как коэффициента запаса устойчивости всего склона.

29. Противооползневые мероприятия.

Все противооползневые мероприятия подразделяются на две группы:

1) профилактические – различные запрещения: подрезки склонов, раскопок, поливов, сброса вод, снижение интенсивного движения транспорта, пригрузки, застройки склонов и т.д.

2) активные – различные сооружения и инженерные мероприятия.

Применяются различные виды сооружений и мероприятий:

1. Борьба с подмывом склонов (стенки, искусственные пляжи, волноломы, дамбы и т.д.).

2. Переустройство склонов и откосов (выполаживание территории, банкеты и контрбанкеты).

3. Механическое удержание оползающих масс – подпорные бетонные, буронабивные стенки.

4. Дренаж подземных вод.

5. Регулирование поверхностного стока.

6. Укрепление склонов и откосов растительностью.

7. Покрытие склонов, откосов одеждой (песок и т.д.).

8. Техническая мелиорация грунтов – цементация, силикатизация, замораживание, электропрогрев.

30. Обвальные явления.

Принадлежат к группе гравитационных. Относятся обвалы, вывалы и осыпи. Как обвалы, так и вывалы проявляются в быстром и внезапном перемещении масс горных пород, но различны по размерам и условиям движения.

Вывал - обрушение, внезапный отрыв и падение, отдельных глыб и блоков горных пород из склонов/откосов, сложенных скальными или полускальными породами. Иногда обрушаются отдельные включения глыб, валунов или сцементированных пород, залегающих среди глинистых или рыхлых песчаных пород.

Осыпи, в отличие от вывалов, характеризуются небольшими размерами отдельностей.

Обвал - обрушение отдельных глыб и блоков, или крупных объёмов твёрдых и относительно твёрдых горных пород из обнажений, расположенных на нагорном склоне выше бровки откоса, или из крутой, отвесной верхней части склона, сопровождающееся их скатыванием, опрокидыванием и раскалыванием

а – обвалы; б – вывалы; в – камнепады; г - осыпи

Во время обвалов, в отличие от вывалов, перемещение масс горных пород начинается на нагорном склоне, а не на откосе или крутой, отвесной нижней части склона. При вывалах горных пород путь от места обрушения до места падения преодолевают по воздуху, при обвалах — склону.

Условия образования обвальных явлений.

Нарушение устойчивости горных пород на склонах/откосах. Вызывают нарушение постоянно действующие сдвигающие составляющие силы тяжести и временно действующие силы гидростатического давления воды, заполняющей трещины в породах.

Сейсмические напряжения, возникающие при землетрясениях.

Физическое выветривание, вызывающее механическое раздробление пород, их раскалывание и разделение на крупные обломки, которые в дальнейшем крошатся, размельчаются (щебень, дресва, песок).

Трещиноватость пород тектонического и не тектонического происхождения.

Деятельность человека. Подрезка склонов откосами выемок и полувыемок, придание им недопустимо большой крутизны, плохая зачистка откосов от неустойчивых обломков и блоков, производство взрывных работ, а также нарушение стока дождевых и талых вод и др

Механизм обвальных процессов. Действуют сдвигающие и скалывающие силы. Когда эти силы преодолеют внутренние силы сопротивления сдвигу или скалыванию в горных породах на отдельных участках, образуются вывалы или обвалы.

На рис. показан механизм процесса образования вывала.

Блоки пород при вывалах будут ударяться о выступы и изменять свободное падение на падение по вынужденной траектории, что обусловит отлёт глыб и блоков пород в уровне основания откоса на расстояние. По этому расстоянию можно определять ширину необходимой улавливающей площадки при проектирования земляного полотна дорог на участках выемок и полувыемок.

В начале своего движения массы горных пород обладают незначительными скоростями, впоследствии скорость качения обломков горных пород по склону возрастает. Ее изменение зависит от размеров и формы обломков, от характера склона и от его крутизны.

На пологих склонах движение обломков совершается с меньшими скоростями. При выполаживании склона или при резком изменении его профиля с крутого на пологий скорость движения обломков уменьшается, причём чем больше разность углов наклона элементов склона, тем значительнее снижается скорость.

При вывалах дальность отлета обломков горных пород зависит в основном от высоты и крутизны откоса. При обвалахи от скорости, с которой масса горной породы перемещается с нагорного склона, т. е. при обвалах имеет место начальная скорость, а при вывалах она равна нулю.

Оценка и прогноз угрозы обвальных явлений. Необходимо изучать два момента:

1) возможность образования вывалов и обвалов как следствие нарушения равновесия (устойчивости) масс горных пород в откосах/склонах;

2) определить, не угрожает ли обрушение масс сооружениям

Оценка возможности образования обвальных явлений на основании комплекса факторов, влияющих на устойчивость масс на склонах/откосах.

а) климатические факторы, определяющие темп и характер выветривания горных пород;

б) особенности рельефа;

в) состав, свойства и физическое состояние ГП, обусловленные их выветрелостью, трещиноватостью и раздробленностью;

г) неотектонические движения

д) сейсмичность района, периодически вызывающая массовые нарушения устойчивости горных пород на склонах и откосах;

е) инженерная и хозяйственная деятельность человека

31. Противообвальные мероприятия.

К профилактическим мероприятиям относятся работы, направленные на предупреждение образования обвалов и вывалов, или на предупреждение их последствий.

В состав этих мероприятий входят следующие.

1. Периодическое обследование обвальных участков, с целью выявления опасных неустойчивых глыб и блоков горных пород, обнажённых в откосах и на нагорном склоне.

2. Организация охраны обвальных участков.

3. Организация автоматической сигнализации (световой, звуковой и др.) об обвалах и вывалах с целью предупреждения аварий.

4. Проведение работы бригадами скалолазов по срезке и уборке неустойчивых глыб и блоков горных пород в откосах и обнажениях.

5. Наблюдения за нормальной работой противообвальные сооружений и их ремонт.

К специальным противообвальным сооружениям относятся:

1) улавливающие площадки, стенки и полки в основании откосов выемок и полувыемок

3) улавливающие валы, канавы и стенки на нагорном склоне (рис. 9.5);

4) надолбы (столбы), расположенные в шахматном порядке на нагорном склоне, для задержки и снижения скорости движения масс горных пород при обвалах;

5) облицовочные стенки для защиты горных пород от выветривания в откосах и обнажениях на нагорном склоне.

6) закрепление неустойчивых блоков горных пород анкерами из металлических стержней, труб и троса.

7) цементация трещин для придания породам в откосах и обнажениях монолитности и устойчивости;

8) устройство гибких улавливающих сооружений из металлических и синтетических сеток

9) галереи, у откосов выемок и полувыемок для защиты полотна дорог от обвалов и вывалов

9) обходы обвального участка по новой трассе или туннелем

32. Карст. Общая характеристика.

Карст - процессы растворения и выщелачивания поверхностными и подземными водами известняков, доломитов, мела, мергелей, гипсов, ангидритов, каменной и калийной солей, при которых на поверхности земли образуются воронки, провалы и другие формы рельефа, а в толще горных пород — разнообразные пустоты, каналы, пещеры.

Карст возникает в районах распространения практически растворимых в воде ГП — карбонатные, сульфатные, каменная и калийная соли. В соответствии с этим различают карст карбонатный, сульфатный и соляной.

• поверхностный (открытый) карст, проявляющийся в рельефе местности – если растворимые породы у дневной поверхности

• глубинный (подземный) карст с характерными для него образованиями в виде пустот, каналов, пещер и других подземных форм в карстующихся породах – если растворимые породы на глубине среди нерастворимых

• Смешанный – поверхностный и глубинный

Роль карста при инженерно-геологической оценке территорий и устойчивости сооружений. Карст обусловливает большие притоки воды в подземные выработки и строительные котлованы или большие утечки воды под плотинами, в обход их примыканий или из водохранилищ. Многочисленны примеры деформаций и провалов сооружений.

На Сибирской платформе проявление карбонатного карста в северной части Алданского щита, в верхнем и среднем течении Лены, в Приангарье, по крыльям Тунгусской синеклизы и Анабарской антеклизы

Причины развития карста. Необходимо наличие водопроницаемых растворимых горных пород и движущейся воды, способной их растворять.

Факторы развития:

- неоднородность литологического состава и строения карстующихся пород;

- трещиноватость пород, генезис, пространственное расположение и раскрытость трещин;

- тектонические структуры, определяющие пути движения ПВ;

- новейшая геологическая история региона, неотектоническая обстановка, определяющая базис дренирования подземных вод;

- рельеф и растительный покров района, которые определяют поверхностный и подземный стоки;

- климатические и гидрологические факторы, определяющие гидрохимический и гидродинамический режимы подземных вод;

- техногенные факторы, изменяющие природную обстановку и интенсивность действия природных факторов.

Карст, происходит под воздействием вод, с породами, поэтому необходимо знать растворимость минералов карстующихся пород и растворяющую способность (агрессивность) вод.

Водорастворимые минералы подразделяются на слаборастворимые (карбонаты), среднерастворимые (сульфаты) и легкорастворимые (хлориды). Их растворимость существенно зависит от общей минерализации и химического состава растворяющих вод.

Так, на растворимость карбонатов оказывают влияние такие соединения, как С0₂, NaCl, CaS0₄, H₂S.

33. Формы проявления карстовых процессов.

Карры представляют собой чередующиеся борозды и гребни, образующиеся на обнаженной поверхности горных пород из-за избирательного их растворения - выщелачивания дождевыми и талыми водами. Такое избирательное растворение определяется наличием систем трещин, слоистости в породах, имеющих крутое или вертикальное падение. В результате расширения трещин, выщелачивания отдельных слоев. Участки обнаженных пород, поверхность которых покрыта каррами, представляют собой карровые поля

Воронки являются самой характерной формой карстового рельефа. Они встречаются на участках, где карстующиеся породы обнажены, и там, где они прикрыты более молодыми образованиями небольшой мощности.

Воронки бывают самых различных размеров в поперечнике — от до 100 м и глубиной до 15-26 м. Они располагаются по однойьи группами, неравномерно по поверхности земли или по определенным направлениям, обычно совпадающим с направлением тектонических нарушений.

По своей форме разнообразны (круглые, эллипсоидальные и неправильных очертаний) в плане, а в поперечном сечении бывают симметричными, с пологими или крутыми склонами или асимметричными, когда один склон крутой, обрывистый, обнаженный, а другой пологий.

Склоны и днища воронок обычно задернованы, покрыты кустарником. На днищах воронок иногда поноры, поглощающие дождевые и талые воды в глубь карстующегося массива. Иногда в воронках накапливается вода и образуются временные или постоянныые карстовые озера

Воронки, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга, могут соединиться и образовать одну вытянутую впадину - слепую долину, балку, овраг, желоб. Такие замкнутые впадины больших размеров обычно называют карстовыми котловинами, а очень больших размеров, достигающих сотен км², - польями

Образование карстовых воронок:

1) путем выщелачивания пород с поверхности по трещинам с постепенным их расширением и углублением (воронки выщелачивания);

2) при проседании или провале пород в результате обрушения сводов подзем­ных пустот - пещер (провальные воронки)

3) при вмывании в трещины и пустоты карстующихся пород рыхлых покровных образований (воронки просасывания).

Глубинные формы карста Каверны, самые мелкие, образующие пустоты с поперечным сечением, измеряемым до сантиметров.

При сочетании и пересечении коррозионных трещин, тектонических и нетектонических нарушений образуются крупные полости - пещеры Образование таких крупных подземных форм карста также связано с растворением и выщелачи­ванием пород, сопровождающимися их размывом потоками воды, осыпанием и обрушением пород

34. Оценка степени закарстованности территорий.

Степень закарстованности горных пород - степень нарушенности монолитности в результате образования пустот и полостей при выщелачи­вании и растворении.

Количественно закарстованность пород можно оценивать несколькими показателями.

1. Относительный объем карстовых пустот и полостей в рассматриваемом объеме горных пород (по В.Д. Ломтадзе)

2. Объемный показатель карстовой пораженности (в %) (по Н. В. Родионову)

3. Площадной показатель карстовой пораженности (в %):

4. Показатель карстовой пораженности:

5. Показатель степени устойчивости территории (по 3. А. Макееву). Он определяется, как число карстовых воронок N_KB, образовавшихся за время t (в годах).

По этому показателю территории делятся на:

1. весьма неустойчивые — 10 воронок за один год;

2. неустойчивые — 1—5 воронок за 1 год;

3. среднеустойчивые — 1 воронка за 1—20 лет;

4. устойчивые — 1 воронка за 10—50 лет;

5. весьма устойчивые — 0 воронок за более, чем 50 лет.

6. Показатель активности карстового процесса (в%) (по Н. В. Родионову):

7. Коэффициент фильтрации и удельное водопоглощение для закарстованных пород по данным опытно-фильтрационных исследований (откачек и нагнетаний).

Характеристика пород по степени закарстованности по В. Д. Ломтадзе приведена в табл.

В практике строительства наземных и подземных сооружений разного назначения ведется оценка и прогноз карстовой опасности в системе карст—сооружение.

Карстовая опасность включает характер и степень воздействий карстовых деформаций на массив и сооружения, которые могут привести к затруднению освоения территорий

Для прогноза карстовой опасности используются критерии провалообразования. Оценка устойчивости закарстованных территорий осуществляется по приведенной выше классификации СНиП (табл.10.1), а прогноз — с использованием детерминированных и стохастических моделей

35. Противокарстовые мероприятия.

Противокарстовые мероприятия направлены на обеспечение двух условий.

1) необходимого предотвращения возможностей катастрофических разрушений и обеспечения безопасности людей;

2) достаточного сохранения рентабельности строительства, с учетом ущерба от карстовых явлений и расходов, на их изучение и инженерную защиту.

Противокарстовые мероприятия подразделяются на три класса:

1) направленные на изменение естественного развития карста;

2) направленные на защиту сооружений и людей без изменения естественного развития карста;

3) ослабляющие влияние человека на рост интенсивности карста

Распространенное мероприятие 1 класса - тампонаж карстовых полостей и разрушенных массивов горных пород. Чаще всего в качестве заполнителя карстовых пустот применяются песчано-глинисто-цементные растворы.

В гидротехническом строительстве применяется для устройства противофильтрационных завес под плотинами и в обход; в горном деле - для уменьшения водопритоков и увеличения устойчивости закарстованных пород вокруг подземных сооружений; в промышленном и гражданском строительстве — для увеличения несущей способности горных пород в основании зданий и сооружений.

Мероприятия 2 класса - архитектурно- планировочные работы по разнопольному размещению сооружений, исходя из степени карстовой опасности, а также конструктивные мероприятия, распространенные в строительной практике.

Мероприятия 3 класса - ограничения откачек подземных вод, гид­роизоляция водопроводящих сооружений, регуляция поверхностного стока, строительство эффективных защитных сооружений, организация водоотлива при строительстве и др.

Выбор мероприятий в зависимости от особенностей ИГУ строительной площадки: типа карста (карбонатный, сульфатный, соляной), глубины залегания растворимых пород, степени их закарстованности и обводненности, а также типа проектируемого сооружения.

Комплексы мероприятий инженерной защиты:

1) планировку территорий, с регуляцией поверхностного стока и устройством канализации для отвода производственных вод;

2) каптаж подземных вод и дренаж обводненных пород;

3) площадную подготовку основания;

4) устройство опор глубокого заложения;

5) искусственное уплотнение и укрепление пород;

6) устройство противофильтрационных завес;

7) разнообразные конструктивные мероприятия.

36. Болота и заболоченные территории. Общая характеристика. Типы болот.

Участки, на которых в течение большей части года избыток влаги, скапливающейся на поверхности или насыщающей почву и подпочвенные горизонты ГП, покрытые болотной растительностью, называют заболоченными. На заболоченных участках мощность болотных отложений мала. Участки, где в результате заболачивания происходит накопление растительных остатков и образовался торф, называют болотами.

Слой торфа на болотах должен составлять не менее 30 см в неосушенном и 20 см в осушённом состоянии. Болота, в пределах которых залежи торфа мощностью более 0,7 м на площадях, образующих промышленные запасы, называют торфяными месторождениями.

Образование болот и заболоченных территорий. В местах, где избыток влаги, насыщающей самые верхние горизонты отложений земной коры или застаивающейся на ее поверхности. Благоприятные условия для образования болот - влажный климат, равнинный рельеф или пониженные элементы рельефа и близкое к поверхности залегание ПВ. Образование болот может быть связано с заболачиванием суши, либо с зарастанием водоёмов.

Общие закономерности заболачивания суши.

Избыточное увлажнение участка суши ухудшает аэрацию почвы и отражается на жизнедеятельности растительности. Остатки растений из-за недостатка кислорода медленно разлагаются и образуют накопления торфа.

Торф, обладая большой влагоёмкостью, аккумулирует влагу и затрудняет аэрацию почвы.

Верховые (моховые) болота (пониженный и равнинный рельеф и малое испарение) распространены на водораздельных пространствах, занятых лесами. Главным торфообразователем в них является белый сфагновый мох; в составе болотных отложений небольшое содержание терригенного материала. Торф таких болот малозольный. Мхи образуют толщи торфа (до 6 м и более) в центре болота и меньшей мощности по краям, где водное питание болота происходит и за счет притока более минерализованных вод.Поэтому верховые болота имеют выпуклую форму. Торфы таких болот могут быть моховыми, травяно-моховыми, травяными и древесными.

Образование болот может происходить на пологих склонах и в их основании из-за увлажнения рыхлых отложений подземными и атмосферными водами. Такие болота имеют смешанное водное питание- переходные болота. Образование торфа здесь происходит за счет разложения мхов, травяной, кустарниковой и древесной растительности. Осадки таких болот имеют повышенное содержание минеральных примесей. Торф обладает средней зольностью. Он нередко переслаивается с глинистыми и песчано-глинистыми отложениями делювиального происхождения

Широко распространено заболачивание суши в местах периодических разливов рек, затапливания и подтапливания пойменных террас и аллювиальных равнин. Болота образуются и на приморских равнинах при затапливании их морем. Развитие таких болот происходит на пониженных участках рельефа - низинные или луговые болота

Основным источником водного питания их являются поверхностные речные, озёрные или морские воды, а также грунтовые аллювиальные воды, нередко с повышенной минерализацией. Торф низинных болот образуется при разложении травянистых растений, зеленых гипновых мхов, а также кустарниковой и древесной растительности.

Заболачивание водоема может происходить из-за развития сплавины в виде надвигающегося с берега покрова из стеблей и корневищ цветковых растений и мха. Сплетение стеблей и корневищ растений образует плавающий по водной поверхности растительный массив, под которым накапливается ил, обычно имеющий текучую консистенцию. Такой способ заболачивания обычно наблюдается на водоемах, имеющих приглубые берега

Основные компоненты болотных отложений:

• Торф –органогенная порода, содержащая >60% растительных остатков.

• Заторфованные грунты –от 10 до 60% растительных остатков.

• Сапропель – органогенный ил, отличающийся от торфа составом, внешним видом (вязко-текучий, жирный) и сверхвысокой влажностью (сотни-тысячи %).

• Минеральные илы и прослои – привнесенный терригенный материал (супеси, суглинки, глины, пески), включая специфические отложения (озерный мергель).

• Минеральные новообразования (вивианит, сидерит, пирит) – формируются в восстановительной среде, характерной для болот.

Классификация и характеристика торфа

По ботаническому составу: моховой, травяной, кустарниковый, древесный. Название по преобладающим (>15%) растениям.

По степени разложения (гумификации): Основной показатель, влияющий на свойства. I – слаборазложившийся (0-15%) II – среднеразложившийся (16-30%) III – сильноразложившийся (31-50%) IV – очень сильноразложившийся (>50%).

По зольности: показывает содержание минеральных веществ. Общая зольность обычно 6-18%, снижается от древесных к моховым торфам.

Физико-механические свойства (общие для органогенных отложений):

• Высокая естественная влажность: до 100%.

• Низкая плотность: Плотность торфа при естественной влажности – 0.7-1.4 г/см³; сапропеля – 0.15-0.6 г/см³.

• Высокая пористость и влагоемкость: Кпор торфа – единицы, сапропеля – 5-30. Поглощение воду в десятки раз больше собственной массы.

• Слабая прочность и высокая сжимаемость: Коэффициент сжимаемости торфа достигает 3-10 см²/кгс. Характерны ползучесть.

• Слабая водопроницаемость и нахождение в пластичном или текучем состоянии.

37. Строение болот и строительство инженерных сооружений на болотах.

Строением болот определяются условия освоения и строительства сооружений. Оно характеризуется следующими показателями:

1)мощностью болотных отложений и особенно мощностью торфа;

2)составом, условиями залегания и консистенцией болотных отложений;

3) рельефом минерального дна болот.

На болотах I типа мощность болотных отложений небольшая (<3 м), торф устойчивой консистенции и может частично или полностью вырезаться (выторфовываться), рельеф минерального дна спокойный.

Болота II типа характеризуются также небольшой (<5-6 м) мощностью болотных отложений, но торф на таких болотах неустойчивой консистенции. Это типичные топяные болота. Рельеф минерального дна спокойный.

Болота III типа имеют большую мощность болотных отложений, более 6м. Болотные отложения и торф здесь имеют неустойчивую консистенцию, и на них нередко располагается слой воды. На таких болотах сверху может располагаться сплавина, покрывающая болото или с открытыми окнами, в пределах которых стоит вода. Это болота, образовавшиеся в результате заболачивания водоемов. Рельеф минерального дна у них часто неровный, с погребенными крутыми склонами

Строительство сооружений на болотах и заболоченных территориях и хозяйственное использование этих территорий.

Задача решается, во-первых, осуществлением мелиоративных работ. Во-вторых, применением специальных методов возведения сооружений.

Массовое гражданское и промышленное строительство на забо­лоченных территориях обычно производят после их осушения, а иногда после планировки отсыпкой или намывом глинистых, песчано-гравийно-галечных и щебенистых пород.

Вторым видом массового строительства на болотах и заболоченных территориях являются линейные сооружения. При проектировании земляного полотна дорог, на болотах должны быть выполнены следующие требования:

1) обеспечена устойчивость основания;

2) установлена и по возможности снижена величина осадки;

3) обеспечено завершение интенсивной части осадки в заданный срок;

4) исключены недопустимые упругие деформации насыпей при движении транспорта.

Насыпи на болотах и заболоченных территориях должны возводиться по специальным типовым схемам.

При подготовке территорий для разных видов строительства главная цель осушения — понизить уровень грунтовых вод и оградить от притока поверхностных и подземных вод.

38. Селевые явления. Общая характеристика.

Сели - происходящие на горных реках и временных водотоках паводки, несущие много твердого обломочного материала (глыб, щебня, валунов, гальки, песка) и глинистого мелкозема. Сели внезапны, проходят с большими скоростями течения за несколько часов (до 3—5 ч), часто волнами из-за заторов, которые последовательно прорываются под напором накапливающихся масс, продолжительность селевых паводков до 12 ч. Содержание твердого материала от 10 до 60%, плотность до 1,9 т/м3.

В зависимости от преобладающего твердого материала сели могут быть:

Водокаменные сели имеют неоднородный состав обломочного материала и мало глинистого мелкозема, который легко вымывается из селевой массы в процессе ее передвижения и сортировки, и образованных селем отложений в устьях горных рек, речек и временных потоков.

Грязекаменные сели имеют неоднородный состав грубообломочного материала, но повышенное содержание глинистого мелкозема. Плотность выше, чем у водокаменных, и обладает определенной вязкостью. Отложения грязекаменных селей образуют связную породу, «застывшие» потоки, валы, глетчероподобные языки.

Грязекаменные сели иногда называют «связными или структурными», а водокаменные - «текучими или турбулентными».

Сели образуют пролювиальный тип континентальных отложений. Эти отложения слагают конусы выноса, пролювиальные шлейфы и покровы в устьях горных рек, и временных потоков, на предгорных равнинах и в межгорных впадинах. Сели распространены только в горных местностях. Совершают геологическую работу по размыву, переносу и отложению обломочного материала.

Динамика селевых процессов. Движущей силой являются ливни, таяние снега и ледников, прорывы водоёмов, т.е. массы воды, мгновенно поступающие в водосборный бассейн.

Стекая, смывают и размывают рыхлый материал, формируя поток на основном водотоке. Скоростями до 12 м/сек устремляется вниз по течению, смывая и размывая русло, берега, склоны долины и накопившийся в их основаниях обломочный материал. Расходы таких водо-каменных или грязекаменных паводков могут достигать 1000 и даже 2500 м3/сек.

Движение селевых паводков имеет заторный характер из-за завалов, которые прорываются под напором накапливающихся масс и затем волнами распространяются вниз по течению разрушая все препятствия.

Завалы состоят из грубообломочного материала и стволов деревьев. Они обычно образуются в сужениях долины, в местах резких поворотов, в зоне действия обвалов и оползней. В расширенных же участках долин, в приустьевых её частях, в местах выхода горных долин на предгорные равнины или в межгорные впадины, где скорости потоков резко уменьшаются, происходит накопление обломочного и глинисто-обломочного материала, образующего пролювиальные отложения.

39. Природные факторы формирования селей.

Сель связан со стоком поверхностных (дождевых и талых) вод, которые размывают, смывают и переносят рыхлый материал, накапливающийся в водосборном бассейне горной реки или временного водотока.

Селевые явления связаны с ливнями; реже их формирование происходит при интенсивном таянии ледников и снега в горах. Либо смешанного питания дождевыми и талыми водами. Возникают также при прорывах ледниковых и не ледниковых озер и искусственных водоемов

Условиями, от которых зависит образование селей, являются:

1. Климатические и микроклиматические условия района, т.е. неравномерное распределение осадков, образование ливней, накопление снега и ледников и их таяние в определенные летние периоды. Они определяют интенсивность стока поверхностных вод, т. е. гидрологические особенности селевых водотоков.

2. Геоморфологические условия. Размеры и форма водосборных бассейнов, высотное положение, уклоны поверхностей рельефа и строение долин горных рек и временных водотоков. Они характеризуют энергию рельефа, обусловливающую перемещение огромных водокаменных и грязекаменных масс с большими скоростями, под воздействием гравитационных сил.

Долины наиболее селеопасных рек можно разделить на три части.

Верхняя часть, где долина расширена и по форме представляет полуцирк с крутыми участками, отвесными склонами, со следами обвалов и осыпей. Склоны часто расчленены глубокими промоинами, оврагами и логами, по которым со всех сторон стекают дождевые и талые воды, образующие основной поток. Здесь формируется селевый паводок.

Средняя часть, представляющая каньон, ущелье или узкую с крутыми и высокими склонами часть долины. Уклон русла реки здесь также большой. В паводок насыщение обломочным материалом частично происходит здесь, за счет русла, склонов долины и накоплений в их основании.

Нижняя часть, постепенно переходящая в предгорную равнину или межгорную впадину. Эта часть представляет область выноса и накопления пролювиального материала. Уклоны выполаживаются и поток ослабевает.

Главная водосборная часть долины горной реки может располагаться на различных высотах.

Для высокогорных бассейнов, примерно выше 2500 м, характерно распространение продуктов физического (морозного) выветривания, коллювиальных накоплений в виде россыпей, гряд, потоков, щебенистых осыпей и др, а также ледниковых (моренных) отложений. В таких бассейнах существенную роль играют талые воды ледников и снежников, а также прорывы вод из ледниковых озер. Сели характеризуются большими объемами, расходами и разрушающей силой.

В среднегорных бассейнах, до 2500 м, наполнение твердыми обломками за счет размыва и смыва разнообразных образований - накоплений обвалов, осыпей, оползней, делювия, элювия, аллювия, реже моренных и водно-ледниковых. Формирование за счёт ливней. объёмы выносов и расходы меньше, чем в высокогорных бассейнах.

В низкогорных бассейнах, ниже 1000 м, формирование за счет дождевых (ливневых) вод и разнообразных типов рыхлых образований - коллювиальных, делювиальных, элювиальных и аллювиальных. В составе больше глинистых пород и глинистых примесей (химического выветривания).

Геологические условия, определяющие накопление рыхлого материала в водосборных бассейнах, развитие разнообразных геологических процессов (выветривание, гравитационные и др.), участвующих в образовании материала, тектонические движения.

Рыхлый обломочный и глинисто-обломочный материал по происхождению: коллювиальным, делювиальным, элювиальным, аллювиальным, ледниковым и водно-ледниковым.

По своему составу он может состоять из разных размером глыб, обломков, валунов, гальки, щебня, песка, дресвы и гравия, супесей и суглинков.

На формирование материала, влияет петрографический состав пород водосборного бассейна, тип выветривания в его пределах, а также степень тектонической нарушенности и раздробленности горного массива. Определяется и другими геологическими процессами, развитыми на этой площади (обвалы, осыпи, оползни). Эти процессы создают очаги рыхлого материала, размываемого при паводках.

Инженерная и хозяйственная деятельность человека. Вырубка леса вспашка и разработка земель, массовый выпас скота, различные виды строительства на склонах и в долинах рек, разработка горных пород и полезных ископаемых и другие мероприятия меняют микроклиматические и гидрологические условия, режим поверхностного стока, устойчивость почв и горных пород и сопротивляемость их размыву и смыву.

40. Защита от селевых явлений.

В комплекс селезащитных мероприятий входят:

1) организация службы режимных наблюдений в пределах водосборного бассейна и селеопасного района;

2) устройство охранных зон;

3) выполнение лесомелиоративных работ:

4) выполнение работ по регулированию поверхностного стока на склонах водосборного бассейна;

5) сооружение регулирующих и улавливающих сооружений в руслах потоков;

6) строительство каналов, селеспусков и других сооружений для организации пропуска селевых паводков;

7) строительство защитных ограждающих сооружений;

8) профилактические работы.

Проектом может предусматриваться осуществление всего комплекса перечисленных выше работ.

При режимных работах должны проводиться следующие наблюдения:

1.метеорологические (температура воздуха, количество и распределение атмосферных осадков, накопление снежных масс и др.);

2. гидрологические (расходы и скорости потоков, их уровенный режим, а также режим ледниковых озер и искусственных водоемов, режим ледников и др.);

3. геологические (накопление рыхлого материала в зонах, доступных для смыва и размыва, образование осыпей, обвалов, оползней и других явлений, создающих очаги рыхлого материала, образующих завалы, заторы, способствующие возникновению селеопасных паводков).

Режимные наблюдения должны служить основой для краткосрочных и долговременных прогнозов возможности образования селевых паводков и предупреждения катастроф

41. Сейсмические явления. Общая характеристика.

Сейсмические явления —колебания упругих волн в земной коре, вызванные различными механическими импульсами и обусловливающие ее сотрясение и деформацию. Наиболее яркой формой проявления природной сейсмичности являются землетрясения и моретрясения.

К сейсмическим, относятся территории, подверженные резким, внезапным подземным толчкам и колебаниям земной коры.

Современные землетрясения связаны с геологическими структурами, испытывающими новейшие и современные тектонические движения. Они приурочены к региональным тектоническим зонам разломов – активным подвижным поясам Земли, разделяющим континенты и океаны.

42. Сейсмические зоны России.

На территории России прослеживаются два крупных тектонически активных пояса Евразийский и Тихоокеанский.

С первым связаны Южный Крым, Кавказ, горные сооружения Алтая-Саянской зоны, Прибайкалье.

Ко второму относится Южное Приморье, Сахалин, Курильская гряда островов, приморская часть Магаданской области и Камчатка. Это области альпийской складчатости с ярко выраженными новейшими (неоген-четвертичными) и современными тектоническими движениями, отличающиеся контрастностью рельефа

Наиболее высокосейсмичную зону представляет юг Восточной Сибири – Прибайкалье. Она связана с формированием Байкальского рифта, с образованием глубинных разломов, генерирующих упругие волны. Высокой сейсмичностью здесь характеризуются впадины Байкальского типа – Мондинская, Тункинская, Торская, Байкальская, Нижне-Ангарская, Муйская, Чарская и др.

43. Причины землетрясений.

Современные природные землетрясения приурочены к тектонически активным поясам и зонам. Они имеют тектоническое происхождение и связаны с колебательными движениями земной коры.

Горный и высокогорный рельеф сейсмических районов - свидетель новейших и современных тектонических движений, обусловливающих накопление напряжений в толще горных пород.

Когда напряжения достигают предела прочности ГП, происходит разрыв литосферы или земной коры - образуются разломы, блоки перемещаются, освобождается упругая энергия, которая обусловливает резкие внезапные колебательные движения земной коры.

Процесс растрескивания, протекает с конечной скоростью, а не мгновенно. Он предполагает образование и обновление разномасштабных разрывов с высвобождением и с перераспределением энергии в некотором объеме.

Скорость распространения разрывов - несколько км в секунду, процесс разрушения охватывает некоторый объем пород (очаг землетрясения).

Гипоцентр - центр очага, точечный источник возбуждения короткопериодных колебаний горных пород

Разрушительная сила зависит от интенсивности (количества освобождаемой энергии) и глубины расположения очага.

Различают очаги поверхностные (с глубиной расположения до 10км), коровые, т.е. находящиеся в пределах земной коры (до 50 км) и мантийные, располагающиеся в мантии (до 300 км).

Проекция очага землетрясения на земную поверхность - эпицентр. По мере удаления от эпицентра колебательные движения и сила толчков уменьшаются до едва заметных.

Линии на плане, соединяющие пункты, в которых землетрясения на поверхности Земли проявились с одинаковой силой, называют изосейстами.

Площадь на поверхности Земли, в пределах которой землетрясение достигло силы, угрожающей людям, сохранности сооружений - сейсмический район рассматриваемого землетрясения. На плане обычно оконтуривается изосейстой в 6 баллов.

Сильные землетрясения могут повлечь перераспределение упругих напряжений в очаге и прилегающих толщах ГП литосферы, а это может привести к возникновению повторных подземных толчков — афтершоков.

Кроме землетрясений, имеющих тектоническое происхождение, наблюдаются также связанные с деятельностью вулканов, образованием обвалов, провалов, а также вызванные взрывами при строительных и горных работах.

44. Сейсмические волны.

Возникающие в очаге землетрясения колебательные движения частиц среды распространяются в толщах ГП литосферы сейсмическими волнами.

Имеют большие скорости, что позволяет рассматривать толщи горных пород как идеально упругие среды, а сейсмические волны как упругие волны, т. е. как процесс передачи на расстояние деформаций, возникающих в упругих средах.

Сейсмические волны подразделяются по виду деформаций на продольные, поперечные и поверхностные, а по характеру распространения — на прямые, отраженные, преломленные.

Продольные волны распространяются с макс. скоростью, переносят наибольшие запасы энергии, при землетрясениях наибольшие нарушения. Волны объемные (сжатие и растяжение), колебания частиц среды совпадают с направлением волны. Распространяются также в жидкостях и газах.

Поперечные волны вызывают изменение формы элемента среды без изменения его объема (сдвиг и кручение). Колебания частиц среды перпендикулярно к направлению волны. Распространяются только в твердых породах. Жидкости и газы не оказывают сопротивления изменению формы.

При выходе продольных и поперечных волн на поверхность, возникают колебательные движения в виде поверхностных волн. При прохождении упругих волн через границы раздела среды в ней возникают вторичные волны — отраженные, преломленные и др.

Все вторичные волны распространяются с меньшими скоростями и несут малые запасы энергии.

При сейсмических явлениях значение имеют упругие продольные и поперечные волны. Скорость распространения зависит от механических (упругих) свойств горных пород и их плотности. Чем выше плотность и упругость пород, тем больше скорость распространения в них продольных волн.

Скорость распространения продольных волн, в осадочных горных породах - («осадочный» слой земной коры) изменяется от 2,0 до 5,0 км/сек.

В породах типа гранитов - («гранитный» слой) достигает 5,0—6,0 км/сек. В базальтах («базальтовый» слой) скорость 6,5—7,5 км/сек и, наконец, в ультраосновных породах - гипербазитах (верхняя мантия) она превышает 8,0 км/сек.

45. Оценка силы землетрясений.

Интенсивность землетрясения определяется количеством энергии, выделяющейся в области очага землетрясения и энергией сейсмических волн.

В сейсмологии применяют определенные методы вычисления энергии землетрясения в эргах и джоулях (1 эрг = 1 дин/см; 1 дж = 107 эрг).

При землетрясениях, вызывающих разрушения, энергия оценивается в 1012—1013 дж, а при катастрофических достигает 1017—1020 дж. Она в миллионы раз превышает энергию атомной бомбы. В практике пользуются логарифмами этой величины

Так как энергию, излучаемую областью очага землетрясения, определить трудно, в мировой практике оценивают условной энергетической характеристикой - магнитудой М. Магнитуда изменяется от 0 при слабых землетрясениях до 8,8 при очень сильных, катастрофических. Землетрясения, М = 0, энергия 105 дж, М = 8,5, энергия 1020 дж. Увеличение на 0,5 М соответствует увеличению энергии примерно в 10 раз.

Интенсивность на поверхности Земли оценивается в баллах. Для ее определения пользуются специальными классификациями — шкалами сейсмической интенсивности. Сила землетрясений в баллах устанавливается от максимального смещение сферического упругого маятника сейсмографа.

Сила землетрясений характеризуется еще величиной сейсмического ускорения (смещение пов-ти в ед. времени), определяемое аксельрометрами.

Сейсмическое ускорение (мм/сек²) выражают через амплитуду колебаний сейсмических волн и их период колебаний

В районах с сейсмичностью до 6 баллов повреждения не опасны. При землетрясениях выше 7 баллов обычных зданиях и сооружениях появляются повреждения и разрушения. В соответствии с этим «СП Строительство в сейсмических районах», устанавливаются требования к проектированию зданий и сооружений.

При увеличении магнитуды на 2 единицы интенсивность землетря­сения возрастает на 3 балла.

Шкала сейсмической активности MSK – 64

1. Неощутимое. Интенсивность колебаний лежит ниже предела чувствитель­ности людей

2. Едва ощутимое.

3. Слабое. Ощущается немногими людьми только в благоприятных условиях.

4. Заметное. Ощущается внутри зданий многими людьми, под открытым небом — немногими.

5. Пробуждение. Ощущается всеми людьми внутри помещения: на улице немногими.

6. Испуг. Ощущается большинством людей как внутри помещений, так и под открытым небом.

7. Повреждение зданий.

8. Сильные повреждения зданий.

9. Всеобщее повреждение зданий.

10. Всеобщее разрушение зданий.

11. Катастрофа.

46. Шкалы классификаций землетрясений по интенсивности.

ГОСТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ. Шкала сейсмической интенсивности устанавливает порядок получения оценки интенсивности произошедшего землетрясения в баллах по шкале сейсмической интенсивности (ШСИ-17), а также оценки возможных последствий будущих землетрясений.

Оценки интенсивности землетрясений по шкале ШСИ совпадают с оценками по шкалам MCS, ММ, MSK-64, EMS-98, ESI-2007, принятых в различных странах, в пределах точности определений. Однако названия землетрясений для различных баллов вследствие языковых различий могут существенно различаться

47. Прогноз землетрясений.

Прогноз землетрясений включает:

• пространственный — определение места землетрясения;

• количественный — расчет максимальной силы сотрясений земной поверхности;

• временной — установления времени катастрофического землетрясения (достоверный прогноз невозможен)

Первые два вида в настоящее время оцениваются довольно точно. Существующие карты сейсмического районирования различных территорий, с оконтуриванием конкретных участков, с возможным проявлением землетрясений определенной силы (балльности).

Карты сейсмического районирования показывают исходный балл данной территории, учитывающий обобщенные геологические условия. Составление карт производится на основании анализа сейсмологических и инженерно-геологических данных.

Используют сведения о распределении очагов в пространстве и времени, о повторяемости, о разрушительных последствиях ранее, наибольшей силы с оценкой по балльности.

Последовательность этих работ следующая - оценивается сейсмичность очаговой зоны, даётся прогноз сотрясаемой земной поверхности.

Для уточнения сейсмичности на отдельных проводится сейсмическое микрорайонирование, задача - выделить в пределах сейсмического региона участки с различными грунтовыми, морфометрическими и гидрогеологическими условиями.

Основой сейсмического микрорайонирования являются

• сведения о сейсмическом районе и типах грунтовых условий, выделенных на основании ИГИ

• сейсмические свойства грунтов, определенные по результатам инструментальных сейсмометрических измерений и расчетов.

Например, сравнение амплитуд смещений и колебаний грунтов на площадках с различными типами инженерно-геологических элементов.

Карты сейсмического районирования - прогнозные, указывающие место и силу сотрясения.

Временной прогноз - используют различные косвенные показатели.

Гидрогеодинамические предвестники - упругие деформации ГП, приводящими к образованию и развитию трещин и изменению емкости пор. Сжатие и растяжение пород способствует изменению пластового давления, что сказывается на режиме подземных вод.

В течение длительного периода перед землетрясением по мере развития упругих деформаций происходят постоянные (резкие) изменения уровня напора или расхода подземных вод.

Гидрогеохимические предвестники - изменение растворяющей способности вод в зависимости от давления и наличия флюидов, выделяемых из земных недр. Повышение давления в скелете породы сопровождается растворением минерального вещества и возрастанием общей минерализации.

В связи с возрастающей миграцией подземных вод, происходящей при увеличении действия напорных градиентов, изменяется химический состав подземных вод верхних горизонтов. Они обогащаются микрокомпонентами, характерными для глубинных вод.

Показательно в этот период и поведение газов - радона, гелия, углекислоты, мигрирующих снизу вместе с глубинными водами.

Гидрогеохимические предвестники основываются на увеличении температуры ПВ перед землетрясением, вызванным изменением направления переноса тепла от более нагретых (термальных) к холодным водам. Температура воды, изменяется до 2.0 °С при времени, предшествующем землетрясению, от 2—3 до 15—20 дней.

Изменения рельефа - высот древних поверхностей, медленные вертикальные движения отдельных участков Земли, перекос поверхностей речных и морских террас и т. п.

48. Наведённая (техногенная) сейсмичность.

Наведенная сейсмичность связана с инженерной деятельностью человека. Иногда под этим термином понимают два разных процесса «инициирование» и «возбуждение». Это могут быть как природные, так и антропогенные (или техногенные) воздействия.

«Инициирование» — это воздействие на очаг готового землетрясения.

«Возбуждение» — это воздействие на определенную зону земной коры, вызывающее одно или несколько землетрясений

К природным факторам наведенной сейсмичности относятся факторы: приливные деформации, связанные с фазами Луны и Солнца, изменение скорости вращения Земли, солнечная активность, землетрясениями, погодой

Техногенные факторы - возведение и эксплуатация крупных водохранилищ, мощные промышленные и атомные взрывы, добыча ПИ и запуски тяжелых космических ракет.

До сих пор нет единой и законченной физической и математической теории или модели, которые бы объясняли феномен наведенной сейсмичности.

В случае строительства и заполнения крупных водохранилищ на проблему генезиса и механизма возбужденной сейсмичности имеются разные точки зрения.

а) влияние массы воды;

б) изменение напряжений в элементах земной коры, вызванные водной нагрузкой и скоростью изменения уровня водохранилища;

в) влияние порово-трещинного давления, которое нейтрализует геостатическую нагрузку, уменьшает трение в горных породах, изменяет их прочность, устойчивость, физическое состояние и т. д.

В случае разработки нефтяных и газовых месторождений причиной возбуждения тектонического землетрясения может стать:

а) извлечение и закачка в массив горных пород флюида (жидкости);

б) изменение пластовою давления и пластовой температуры;

в) прямая просадка (оседание) земной поверхности и т.д.

При добыче твердых ПИ, при проходке шахт, в определенных геологических условиях, наблюдаются горные удары, взрывоподобное разрушение горных выработок, сопровождающееся сейсмическми волнами.

События называются толчками при сейсмических событиях не сопровождающихся разрушением выработок

Представления исследователей - при добыче твердых ПИ, техногенное внедрение в сильно энергонасыщенные горные породы. В этом случае вводится новое понятие об активной и пассивной геологической среде

Подземные ядерные взрывы, с одной стороны, могут инициировать тектонические землетрясения, являющиеся результатом триггерного (эффект спускового крючка) высвобождения напряжений, накопленных геологической средой, с другой - подземные ядерные взрывы могут вызывать обвальные землетрясения, связанные с обрушением подземных полостей, образующихся при взрыве.

Появившиеся в последнее время сведениях о влиянии запусков тяжелых ракет. При определенных геофизических условиях техногенно- спровоцированные вариации атмосферного давления над литосферными плитами могут послужить триггером на их напряженно-деформированные границы и спровоцировать сейсмические толчки.

49. Строительство в сейсмических районах.

Строительство в сейсмически опасных районах регламентируется, в настоящее время СП «Строительство в сейсмических районах»

1 задача при строительстве - правильный выбор строительной площадки, основанный на детальном сейсмическом микрорайонировании.

2 задача на начальных этапах проектирования - правильная компоновка сооружений на выбранной строительной площадке.

Для сооружений выбирают территории, характеризующиеся спокойным рельефом, сложенные скальными, полускальными и плотными грубообломочными, песчаными и глинистыми породами, с глубоко залегающим уровнем подземных вод.

Территории с сейсмичностью 7-9 баллов, с неоднородными ИГ условиями, расчленяются на отдельные части, в пределах которых размещаются парки, проезды, площади и др.

Глубина заложения фундаментов принимаемся такой же, как и в несейсмических районах. При недостаточной плотности, прочности и монолитности ГП оснований применяют специальные меры по улучшению методами уплотнения и укрепления цементацией, силикатизацией и др

Внимание следует обращать на регуляцию поверхностного стока на строительных площадках и предупреждение их увлажнения, обводнения и подтопления.

Расчет оснований сооружений, возводимых в районах с расчетной сейсмичностью 7-9 баллов, производится с учетом воздействий по первому предельному состоянию. Несущая способность основания должна быть достаточной, чтобы не происходила потеря устойчивости или разрушение оснований при землетрясении.

Конструктивные мероприятия определяются размерами, этажностью, формами, конструкцией.

Мероприятиями предусматривается:

- необходимость соблюдения симметричности сооружений относительно их осей;

- придания им большей прочности и жесткости разными способами армирования;

- устройства антисейсмических швов, разделяющих сооружения на отдельные отсеки, и др.

Для особо ответственных зданий и сооружений, принимают расчетную сейсмичность на балл выше

При проектировании линейных сооружений (дорог, линий электропередачи и др.) большое внимание следует обращать на выбор их трасс, а также на условия строительства.

При проектировании земляного полотна дорог следует принимать более пологие углы заложения откосов насыпей, выемок и полувыемок. Откосы рекомендуется укреплять подпорными сооружениями и т. д.

При проектировании мостов, туннелей и других сооружений применяют конструктивные мероприятия повышенной прочности и устойчивости.

50. Морозное пучение.

- процесс увеличения объема тонкодисперсных пород при промерзании, которое связано с расширением содержащейся в них воды (почти на 9-11%) и выделением льда. Наиболее интенсивно пучение проявляется в глинистых пылеватых и сильно пылеватых породах четвертичного возраста, т.е. в породах малой и сравнительно малой степени литификации.

Такие породы называют “пучинистыми”. Если промерзание происходит, когда влага увеличивается за счет притока воды извне, пучение сопровождается накапливанием льда и развивается интенсивно.

Морозное пучение распространено в районах глубокого сезонного промерзания и практически на всей территории распространения ММП. Оно проявляется в образовании небольших вздутий, бугров на поверхности земли, полотне дорог, откосах земляных сооружений.

При сезонном промерзании глинистые породы пучатся, но так как они обычно неоднородны по составу, степени глинистости, пылеватости, плотности и влажности, то вследствие этого на фоне общего их увеличения в объеме, выделяются локальные участки более интенсивного вспучивания, называемые пучинами. Пучины могут иметь высоту более метра и поперечные диаметры 15 и более метров.

Морозное пучение оказывает отрицательное влияние на инженерные сооружения, вызывая подъем и деформацию отдельных конструкций, их перемещение, нарушение целостности и нормальной эксплуатации.

Пучины проявляются с устойчивыми морозами и растут в течение всей зимы до оттепелей. Влажность дисперсных отложений, при которой в них начинается выделение льда, приводящего к увеличению объема – влажность порога пучения. Она зависит от водно-физических свойств отложений и условий их промерзания.

Морозное пучение пород определяется их дисперсностью, гран и минеральным составом, исходной влажностью, плотностью, составом обменных катионов, уровня ГВ, внешней нагрузки, температуры, скорости и глубины промерзания.

На основании этих показателей разработаны приближенные методы расчета накопления влаги в мерзлых породах и оценки величины морозного пучения.

Буграми пучения называются достаточно крупные формы рельефа, образующиеся за счет сезонного и многолетнего промерзания, неравномерно развивающегося по площади, встречающиеся на поверхности земли по одному или группами. Среди них выделяются:

1) торфяные бугры;

2) булгунняхи;

3) гидролакколиты.

Эти мерзлотные процессы различаются между собой механизмом льдообразования, формами проявления и размерами.

51. Выпучивание (вымораживание) твёрдых тел из глинистых пород.

При морозном пучении глинистые породы выпучивают твердые тела – столбы, глыбы, элементы фундаментов сооружений. Этому способствуют действия сил смерзания между породами и поверхностью твердых тел.

В зимний период происходит смерзание породы со столбом. Силы смерзания сильнее при низкой температура и большей мощность смерзшейся со столбом части деятельного слоя. Развитие вертикальных сил пучения, превышающих массу столба и силы бокового трения, приводят к приподниманию столба из промерзшей части сезонно талого слоя, образованию под ним полости, заполняющейся водой или переувлажненной талой породой. При полном промерзании деятельного слоя в полости образуется лед или льдистая порода.

В процессе сезонного оттаивания пород до того момента, пока фронт не подойдет к подошве столба, столб сохраняет высокое положение, достигнутое при его выпучивании зимой. После оттаивания льда в полости под столбом остается порода и происходит частичная осадка столба. В результате столб может потерять устойчивость и наклониться, а в некоторых случаях и упасть.

Подобным образом происходит выпучивание (вымораживание) камней в деятельном слое. Дополнительным эффектом при этом является образование под камнями линз сегрегационного льда, как бы выталкивающих их на верх. Это связано с большой теплопроводностью камней и малых потерь тепла на фазовые превращения воды нулевые температуры под камнями формируются быстрее, чем в окружающих породах и под ними создаются участки с интенсивным выделением льда. Многолетний процесс выпучивания каменного материала в элювиальных и других отложениях с дисперсным заполнителем приводит к его концентрации на поверхности и образованию “каменных россыпей”. На пологих склонах выпучивание способствует образованию курумов, каменных потоков, в которых глыбово-щебенистый слой подстилается супесями и суглинками, часто имеющими высокую льдистость.

Совместное действие процессов выпучивания способствует образованию так называемых структурных форм: “сортированных” полигонов, “каменных венков”, пятен медальонов с валиками из щебня и других

52. Торфяные бугры.

Буграми пучения называются достаточно крупные формы рельефа, образующиеся за счет сезонного и многолетнего промерзания, неравномерно развивающегося по площади, встречающиеся на поверхности земли по одному или группами. Среди них выделяются торфяные бугры;

Образуются, как правило, на участках развития торфяников, в условиях открытой системы промерзания и называются миграционными, по механизму движения в них влаги, формирующей ледяные тела.

Торф и мох содержат много влаги. Их температура обычно ниже, чем у окружающих минеральных пород. Это происходит за счет больших затрат тепла на испарение влаги, и поэтому теплопроводность их в мерзлом состоянии, больше, чем в талом.

Зимой эти отложения охлаждаются больше, чем прогреваются летом. Большое количество солнечного тепла летом расходуется на испарение влаги с поверхности мха и торфа, что приводит к понижению температуры их нагревания. Неравномерно охлаждающиеся торфяники, первые переходят в многолетнемерзлое состояние по сравнению с окружающими их песчано-глинистыми породами

В подстилающих отложениях к нижней части, образовавшейся мерзлой толщи под влиянием термодиффузии мигрирует влага и вблизи ее границы начинается интенсивное сегрегационное выделение льда, сопровождающееся ростом миграционного бугра пучения. С приподнятой поверхности бугра зимой сдувается снег, вследствие чего температура понижается, а мощность линзы многолетнемерзлых льдистых пород возрастает, обеспечивая рост высоты бугра.

Источником поступления влаги при образовании сегрегационных льдов в ядрах бугров являются запасы воды в самих породах, в горизонтах песчаных и галечниковых пород, залегающих на некоторой глубине, а также воды, поступающие с талых заболоченных участков, окружающих мерзлые бугры.

Многолетние торфяные бугры пучения имеют высоту до 3 м, и диаметр до нескольких десятков метров. Особенно широко такие бугры распространены на территории Западной Сибири, где известны торфяные массивы площадью до нескольких квадратных километров. Они называются “площадями пучения”.

53. Булгунняхи.

“Булгунняхами” (якутское название) называются многолетние бугры пучения, образующиеся в условиях “закрытой системы” при промерзании подозерных таликов термокарстового происхождения.

Причинами промерзания подозерных таликов являются обычно обмеление или осушение озер. При промерзании подозерного талика с грунтовыми водами создается замкнутая система, в которой воды приобретают криогенный напор.

Благодаря гидростатическому давлению кровля ММП в слабом месте выгибается, образуя многолетнемерзлый бугор пучения с ядром инъекционного льда

Рост булгуняха может продолжаться длительный период времени, до нескольких тысяч лет. Размеры таких бугров зависят от количества воды в замкнутой системе и могут достигать в высоту 12, реже до 40м, а по основанию 100-200м. С поверхности булгуняхи обычно разбиты системами радиальных и концентрических трещин, по которым иногда обнажается ледяное ядро, и которые служат местами зарождения термокарстовых просадок.

54. Гидролакколиты.

Инъекционные бугры пучения, образующиеся в местах разгрузки различного типа напорных подземных вод.

Физика процесса образования. Если под толщей ММП имеется напорный водоносный горизонт, то при промерзании пород деятельного слоя сверху, может образоваться замкнутая масса водоносных пород, в пределах которой возникает гидростатический напор, за счет уменьшения поперечного сечения потока. Под влиянием напора МП деятельного слоя вздымаются в сторону меньших сопротивлений, образуя в рельефе бугор пучения.

В последствии, бугор промерзает, и внутри его образуется линза или слой льда. Такие бугры могут достигать высоты 2,0 м, их диаметр равен нескольким метрам. Летом они протаивают, оседают и исчезают, а зимой образуются вновь. Это однолетние бугры пучения.

Однако если водоносные горизонты связаны с напорными межмерзлотными или подмерзлотными водами, то рост гидролакколитов может продолжаться несколько лет, они могут достигать высоты 20 и более метров, а их диаметр несколько десятков метров. Обычно гидролакколиты располагаются в основании горных склонов, на низинах и других местах. Рост гидролакколитов продолжается до максимально возможной высоты, определяемой напряжениями пород, возникающих в промерзшем слое. Когда гидродинамический напор подземных вод превышает прочность мерзлых пород, в вершине гидролакколита возникает разрыв, который часто сопровождается звуковым эффектом (взрывом) и при котором отдельно глыбы мерзлых пород отлетают на десятки метров. В вершине бугра образуется своеобразный “кратер”, из которого изливается поток воды. В зимнее время здесь часто образуются наледи. Ядра гидролакколитов, обычно образуют подземные ледяные тела, прожилки, слои, линзы и другие

55. Полигональные образования.

В районах глубокого сезонного промерзания и развития ММП широко распространены полигональные образования. Они проявляются в форме разнообразных многоугольников, плоских или выпуклых, разграниченных морозобойными трещинами, скоплениями грубообломочного материала или углублениями

Они образуются под влиянием скалывающих и растягивающих напряжений, возникающих в промерзающих дисперсных породах. Размеры морозобойных полигонов изменяются от первых десятков сантиметров до 80м. В большинстве случаев они наблюдаются во влажных глинистых пылеватых и сильно пылеватых породах.

В зимнее время породы при промерзании покрываются морозобойными трещинами, за счет объемно-градиентных напряжений и деформаций, рассекающими их на многоугольные отдельности. С глубиной эти трещины обычно выклиниваются в многолетнемерзлых породах. Трещины могут быть сингенетическими (первичными), т.е. образовываться в процессе формирования осадочных отложений и эпигенетическими (вторичными), т.е. возникать после формирования породы. Заполнение морозобойных трещин также может быть первичным и и вторичным.

Первичное заполнение трещин за счет источников:

1) заливание в трещины воды и замерзание, с образованием жилок;

2) засыпания в них сухого эолового песка;

3) десублимации паров воды (пар в твердое состояние);

4) осыпания материала, слагающего стенки трещин;

5) попадание в них снега.

Вторичное заполнение трещин происходит после вытаивания из них ледяных включений и жилок льда, за счет оплывающих и осыпающихся в трещины вмещающих дисперсных пород.

Многократное повторение процесса выполнения трещин льдом и привнесенным материалом, приводит к формированию, так называемых изначально-грунтовых жил. В случае, когда морозобойные трещины начинают проникать в многолетнемерзлую толщу, в них формируются повторно-жильные льды

Повторно-жильные льды могут образовываться как в сформи­ровавшихся ранее породах, в результате увеличения суровости мерзлотных условии (эпигенетические), так и одновременно с накоплением осадочных отложений (сингенетические).

Последние - самые мощные полигонально-жильные образования могут достигать в высоту 60 м и более, а в ширину —8 м. Эпигенетические ледяные жилы, не превышают глубины годовых колебании температур.

Над ледяными жилами, образовавшимися в многолетнемерзлой толще, обычно формируются грунтовые составляющие жильных образований. Повторяющиеся заполнения трещин сухим эоловым песком приводит к образованию первично-песчаных жил.

56. Наледные явления.

Наледи-ледяные тела на поверхности земли в результате многократного поступления подземных, речных и озерных вод, и их замерзания.

По условиям питания (поступления воды формирующей наледь), можно выделить генетические типы:

1. обычные - наледи, образующиеся вследствие выхода на поверхность ПВ (грунтовых, над- меж- подмерзлотных);

2. речные наледи, образующиеся за счет замерзания поверхностных вод рек, ручьев и озер;

3. наледи смешанного питания, образующиеся за счет замерзания подземных (подрусловых, грунтовых вод аллювиальных отложений) и поверхностных (речных) вод;

4. техногенные наледи, формирующиеся за счет дренажных вод, утечек из водоводов и других технических вод.

Морфология наледи. Представлены потоками, буграми, валами, натеками, спускающимися со склонов/откосов. Их форма определяется рельефом в том месте, где формируется наледь

По положению в рельефе большая часть наледей приурочена к речным долинам. Здесь выделяются русловые, пойменные и террасовые наледи

Наледи встречаются на водоразделах, склонах, основаниях склонов. Часто наледи приурочены к откосам дорожных выемок, полувыемок и другим инженерным сооружениям, таким как штольни и тоннели.

Размеры наледей, характеризуемые их площадями и объемами льда связаны с источниками питания. Мелкие наледи связаны с водами сезонно талого слоя, крупные – подземными водами подмерзлотного стока.

Мощность льда наледей измеряется от см до 10м и более. Маломощные наледи оттаивают летом, а мощные оттаивают частично и относятся к многолетним. Объем льда, характеризующего, например дебит источников, за счет которых она образуется, может изменяться.

Классификация наледей по размерам Толстихин

Категория	Наледи	Площадь, м2	Объем,м3
1	Очень мелкие	до 1103	до2103
2	Мелкий	1103 -1104	2103 - 2104
3	Средние	1104 -1105	2104 - 2105
4	Крупные	1105 -1106	2105 - 2106
5	Очень крупные	1106 -1107	2106 - 2107
6	Гигантские	>1107	>2107

Наиболее распространенный способ образования.

Зимой у выхода на поверхность ПВ начинает формироваться наледь. Если дебит мал, место выхода промерзает и рост наледи прекращается. Если дебит источника большой, и образован напорными водами, рост наледи продолжается иногда всю зиму, непрерывно/непрерывно -прерывисто. В последнем случае источник промерзает, но по мере восстановления гидростатического напора в подземном потоке, питающем источник, лед прорывается и происходит изливание воды на поверхность.

Если на пути подземного потока грунтовых надмерзлотных вод, в локальном месте увеличивается глубина сезонного промерзания, например - вдоль нагорной дорожной канавы, живое сечение подземного потока уменьшается и в нем возникнет гидростатический напор. Под влиянием этого напора, выше зоны наиболее глубокого промерзания, может произойти прорыв воды на поверхность и образуется наледь

Речные наледи. Зимой происходит замерзание поверхности рек. Мощность речного льда увеличивается и живое сечение речного потока, связанного с подрусловыми водами, уменьшается. За счет этого в нем возникает и растет гидродинамический напор, под влиянием которого вода взламывает лед и изливается на его поверхность или прорывается к берегу через проницаемые аллювиальные отложения, где замерзает, образуя тело наледи. При снижении напора в потоке, излияние воды прекращается и трещины прорыва промерзают. При возрастании напора в речном потоке, вновь образуется прорыв льда и происходит изливание воды на его поверхность.

Техногенные наледи часто образуются в местах сброса дренажных вод, откачиваемых из шахт и карьеров, технических вод, сбрасываемых промышленными предприятиями, в местах неисправностей водоводов и различных водо-несущих инженерных сооружений

Известны случаи образования наледей непосредственно под зданиями или внутри их. Механизм образования таких наледей: в начале зимы, под зданиями долго сохраняется талик, промерзание пород деятельного слоя задерживается, тогда, как на окружающей их местности сезонное промерзание протекает нормально. При наличии на таких участках надмерзлотных вод они начинают отжиматься в сторону талика под здание и поступают внутрь его. Если здание холодное, внутри его и под ним образуется наледь

57. Криогенная десерпция.

В районах развития многолетнемерзлых горных толщ и глубокого сезонного промерзания, ряд гравитационных процессов, развивающихся на склонах, относятся к мерзлотным (криогенным). Механизм связан, с развитием процессов морозного комплекса (морозного пучения, вымораживанием каменного материала из слоя сезонного промерзания и оттаивания, переувлажнением пород деятельного слоя за счет таяния подземного льда), и действием гравитационных сил

К мерзлотным склоновым процессам относится криогенная десерпция;

Криогенная десерпция - процесс, пучение дисперсных пород, при их промерзании на склоне, происходит по нормали к его поверхности, а движение вниз по склону при их оттаивании - под действием силы тяжести по вертикали. В процессе цикла промерзания – оттаивания частица породы, оказывается перемещенной вниз по склону на некоторое расстояние, величина которого зависит от величины морозного пучения и крутизны склона. Смещение частиц породы за один цикл уменьшается от поверхности к подошве сезонноталого слоя. Сползание вниз тем сильнее, чем больше величина пучения и угол наклона склона.

Кроме криогенной десерпции, в районах с суровым климатом наблюдается поверхностное перемещение отдельных обломков горных пород. Это перемещение происходит за счет образующегося под ними в холодные ночи “стебелькового льда”, который оттаивает днем. В течение года такое циклическое перемещение может происходить много раз, а смещение частиц породы может достигать от 2 до 70 см/год.

58. Солифлюкция.

В районах развития многолетнемерзлых горных толщ и глубокого сезонного промерзания, гравитационные процессы, развивающихся на склонах, относятся к мерзлотным. Механизм связан с процессами морозного комплекса (морозного пучения, вымораживанием каменного материала из слоя сезонного промерзания и оттаивания, переувлажнением пород деятельного слоя за счет таяния подземного льда), и действием гравитационных сил. Мерзлотным склоновый процесс солифлюкция.

Солифлюкция-пластично-вязкое или вязкое течение переувлажненных отложений на склонах в слоях сезонного промерзания/ сезонного оттаивания. Развитие солифлюкции определяется следующими факторами:

1) наличием в пределах деятельного слоя глинистых, пылеватых и высоко пылеватых отложений, часто с включениями обломочного материала;

2) высокой влажностью пород, близкой к пределу текучести или превышающей его;

3) наличием уклонов склона, обеспечивающих течение увлажненных пород (от 3 до 15⁰).

Медленная солифлюкция наблюдается в районах развития многолетнемерзлых толщ, выполняющих роль водоупора. Это способствует переувлажнению пород сезонно-талого слоя. Слабо солифлюкция проявляются в слое сезонного промерзания.

При сезонном оттаивании насыщенных льдом тонкодисперсных отложений происходит нарушение в них структурных связей и переход пород в вязко-пластичное состояние. Солифлюкция активно проявляется при нарушении или отсутствии дернового покрова. Мощность необходимого деятельного слоя более 0,3 м. При меньших мощностях деятельного слоя медленное площадное сползание пород и их делювиальный смыв.

В период зимнего промерзания деятельного слоя, солифлюкционное течение отложений связано с развитием криогенного гидростатического давления, которое приводит к выдавливанию вниз по склону зажатой между мерзлыми слоями водонасыщенной породы, лишенной структурного сцепления.

Скорость движения пород, при медленной солифлюкции обычно не превышает нескольких сантиметров в год.

Относительно быстрая, по механизму проявления, солифлюкция развивается на участках достаточно крутых склонов (не менее 10⁰), сложенных сильнопылеватыми глинистыми отложениями. Быстрые солифлюкционные сплывы вязкопластичных пород, носят катастрофический характер, а скорости движения дисперсного материала по склону, изменяются от первых метров до десятков метров в сутки, когда породы деятельного слоя, имеют высокую льдистость и влажность, превышаюшие предел текучести.

Одновременно со сплывами могут образовываться оползни скольжения, представляющие различные по площади блоки пород, слагавших верхнюю часть деятельного слоя мощностью до 1,0м.

Плоскостью скольжения для них являются высоко льдистые или переувлажненные поверхности многолетнемерзлых толщ

Часто эти процессы образуются на подмываемых берегах рек, озер и водохранилищ, в бортах карьеров, дорожных выемок и на откосах насыпей.

59. Курумы.

В районах развития многолетнемерзлых горных толщ и глубокого сезонного промерзания, гравитационные процессы, развивающихся на склонах, относятся к мерзлотным. Механизм связан с процессами морозного комплекса (морозного пучения, вымораживанием каменного материала из слоя сезонного промерзания и оттаивания, переувлажнением пород деятельного слоя за счет таяния подземного льда), и действием гравитационных сил. Мерзлотным склоновый процесс курумы.

Курумы представляют собой дресвяно-глыбово-щебенистые накопления на склонах различной крутизны (от 3 до 45⁰), сложенных скальными породами.

Они образуются в условиях сурового климата при наличии и отсутствии многолетнемерзлых толщ.

Развитие курумов включает ряд процессов, приводящих к образованию крупнообломочного материала, его движению на склонах и аккумуляции в их основании. Процессы образования курумов включают: физическое выветривание пород коренной основы, вымораживание обломковгорных пород, криогенную десерпцию, поверхностный смыв, соскальзывание глыб и другого обломочного материала под действием гравитационных сил. В отложениях курумов, в весенний период, формируется гольцовый лед. Он представляет замерзшую талую воду, проникающую к поверхности ММП. Наличие в них гольцового льда, способствует процессам суффозии мелкозема и резкой активизации движения грубообломочного материала при увеличении глубин оттаивания, ливневых осадках, сейсмических толчках.

Курумы, морфологически могут быть представлены “каменными полями” на пологих склонах и водоразделах, каменными потоками, конусами выноса, террасами, шлейфами и другими формами

60. Термокарстовые явления.

Термокарст-процесс оттаивания подземных льдов и высокольдистых многолетнемерзлых отложений, сопровождающиеся оседанием поверхности земли, за счет образующихся при таянии пустот, фильтрации (отжатии) к поверхности земли образующейся, при этом воды, и формированием отрицательных форм рельефа. К таким формам относятся западины, ложбины, блюдцеобразные понижения, воронки, провалы и другие. В пониженных формах рельефа скапливается вода, образующая термокарстовые озера

Развиваются при сочетании условий:

1. наличие подземных льдов, залегающих в виде мономинеральных залежей или текстуро-образующих льдов, в рыхлых поверхностных отложениях;

2. глубины сезонного оттаивания, превышающей глубину залегания поверхности залежей подземного льда или сильно льдистых мерзлых отложений;

3. талая вода, образующаяся при оттаивании подземных льдов, должна отфильтровываться на поверхность рельефа, а кровля рыхлых отложений, над его залежью - проседать, образуя понижение поверхности рельефа.

Причиной развития термокарста могут быть как естественные факторы (потепление климата, увеличение его континентальности, изменение растительного покрова, затопление местности в районе залегания подземных льдов и др.), так и техногенные (вырубка леса, уничтожение мохового покрова, строительство дорог, нефтепроводов и других инженерных сооружений).

Вода, скапливающаяся на дне понижений, формирующая озеро, является аккумулятором тепла, активизирующим развитие термокарстового процесса. При этом повышается среднегодовая температура дна водоема, увеличивается глубина оттаивания, происходит формирование талика под термокарстовым озером.

Если вода удаляется из понижения, термокарст часто носит затухающий характер. Термокарстовые явления имеют широкое распространение и представляют большую опасность для сохранения территорий, устойчивости и нормальной эксплуатации различных инженерных сооружений.