Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

дренажные шахты, поглощающие скважины и колодцы);

• выполнение изоляционных мероприятий (устройство различных инъ-

екционных завес, глинизация, замораживание грунтов).

Землеустроительные мероприятия направлены на:

• разгрузочные работы в активной зоне (полный съем оползневых масс,

срезка активной части оползня, очистка скальных откосов, террасирование и уполаживание склона, общая планировка склона) и пригрузки в пассивной зоне (отсыпка и отвал грунта);

•покрытие скальных склонов металлическими и геосинтетическими сетками;

•армирование поверхности геосинтетическими материалами (сетками,

ячеистыми каркасами и т. п.); , ,

• устройство каменных ловушек.

Механическое крепление склона (откоса) связано с устройством одиночных прошпиливающих элементов в виде свай различного типа,

проходящих сквозь оползень в коренные породы или рядов в виде шпунтовых стенок, инъекционных и мерзлотных завес и др.

Подпорные сооружения предусматривается возводить в виде шпун-

товых стенок (металлических, железобетонных, деревянных), подпорных стен (каменных, бетонных, железобетонных), стен из свай-оболочек большого диаметра, а также в виде упорных валов (поясов) из грунта,

каменной наброски, массивов-гигантов.

Покрытия предназначены для закрепления поверхности склона от воздействия ливневых и речных вод. Их выполняют из песчаных,

гравелистых, галечных грунтов, каменной наброски, каменного мощения,

шлакоглинобетона, асфальта и асфальтобетона, бетона и железобетона,

геосинтетических пленок из армированного высокопрочного полиэтилена Для закрепления береговой зоны часто используют фашинные тюфяки.

Использование растительности направлено на закрепление и осушение склона. Здесь предусматривается сплошное травосеяние, посадка

влаголюбивого кустарника, облесение склона (вяз, дуб, клен, липа,

лиственница).

Искусственное уплотнение и закрепление грунтов на склоне предус-

матривает проведение различных инъекций (цементация, сгашкатиза-ция,

битумизация, глинизация), замораживание грунтов, уплотнение электроосмосом.

Обеспечение устойчивости возводимых сооружений в зоне действий оползня преследует цель повышения безопасности и вюпсчает мероприятия:

•по удалению неустойчивого массива на всю его мощность (до коренных неоползнеопасных пород);

•закладку глубоких фундаментов, опирающихся на устойчивые

породы;

•устройство фундаментов из буронабивных свай

•использование каркасных конструкций;

•армирование крутых откосов геосинтетическими сетками и кар-

касами;

•применение железобетонных поясов

•устройство деформационных швов

ГЛАВА 28

СУФФОЗИОННЫЕ И КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Суффозиоиные процессы. При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок (рис. 123). Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, называют суффозией.

Различают два вида суффозии — механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные);

при химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и

выносит продукты разрушения.

При одновременном действии этих двух видов суффозии иногда применяют термин —химико-механическая суффозия. Такая суффозия

может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное цемен-

тирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы.

Основной причиной суффозионных явлений следует считать воз-

никновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды.

Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии. Взвешивание частиц происходит при критическом напоре, который можно определить по формуле

где Д—плотность породы (песка); n—пористость породы, доли единицы.

Гидродинамическое давление, г/см3, действующее по касательной к депрессионной кривой дренируемого потока, определяют по формуле

где До = 1—плотность воды; п—пористость, доли единицы; I —

гидравлический уклон (градиент).

Суффозия наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом. Песок состоит из частиц различного размера — больших и малых. Большие частицы создают структурный каркас породы. Поры достаточно велики и через них под действием фильтрующейся воды свободно проходят мелкие частицы (глинистые, пылеватые). Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора /кр > 5.

Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли.

В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных

по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев,

когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше 2.

Характерными являются пустоты лессовых пород, в частности, на контакте с подстилающими их кавернозными известняками-ракушечниками. Размер пустот иногда достигает нескольких метров. Такие небольшие пещеры развиты, например, на склонах долины р. Темерник в г. Ростов-на-Дону (рис.

Следует отметить, что в лессовых породах суффозия развивается не самих толщах, образуя так называемый «глиняный, или лессовый, карст».

Развитие пустот начинается с ходов землемеров при условии возникновения в них турбулентных завихрений фильтрующей воды. Порода разрушается и образуются пустоты размыва.

Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется также вблизи поверхности земли при естественном или искусственном

изменении гидродинамических условий — формировании воронок депрессии, колебаниях уровня подземных и поверхностных вод, откачках,

дренировании. Суффозионные процессы часто возникают на склонах речных долин и откосах котлованов и берегах водохранилищ при быстром спаде паводковых вод или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

В откосах строительных выемок суффозионный вынос частиц приводит к оседанию поверхности, образованию провалов, воронок,

оползней. Например, в районе Волгограда многие оползни связаны с суффозионным выносом песка грунтовыми водами. На орошаемых землях дельт Терека и Сулака (Прикаспий) за счет инфильтрации воды и перепада ее скоростей на границе супесчано-суглинистых отложений с озерно-

аллювиальными трещиноватыми глинами образуются крупные провалы,

разрушается оросительная сеть, магистральный канал.

Химическая суффозия может проходить длительное время и выще-

лачивает не только карбонаты и другие сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что при малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды, при повышении давления начинается суффозия. Для выявления этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии Эту работу проводят в лабораторных и полевых условиях

При проектировании объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки, определять величину и характер протекания суффозной осадки (Sc) При этом следует определять всю суммарную величину вертикальной деформации засоленного основания,

которая складывается из осадки, вызванной уплотнением фунтов от нагрузки

объектов и суффозионной осадки.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать-

• в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40 %

осадка практически не проявляется;

•наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов;

•величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды

Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний засоленных грунтов статической нагрузкой (штампом) после длительного замачивания

Строительство на суффозионных фунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим строительным нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы строительства-

•прорезка фундаментами зданий слоя суффозионного фунта;

•водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;

•прекращение фильтрации подземной воды устройством дренажей и непроницаемых завес,

•отсыпка на основании фунтовых подушек из песка или суглинков;

•предпостроечное рассоление и уплотнение фунтового основания,

•искусственное закрепление массива фунта методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных фунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью)

Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации

Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений С суффозией следует активно бороться Основой всех

мероприятий является прекращение фильтрации воды Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием

места выхода подземных вод тампонированием или присыпкой песка,

устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением особых видов фундаментов, например, свайных.

Карстовые процессы.

Это процессы выщелачивания водорастворимых горных пород

(известняков, доломитов, гипсов) подземными и атмосферными видами и образования в них различных пустот (рис. 125)

Для карстового процесса (в отличие от суффозии) главным является растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде (рис 125)

В России карст имеет широкое распространение в районах западного Приуралья (закрытый гипсовый и известняковый карст), на Русской равнине

(закрытый известняковый карст), в Приангарье (известняковый карст) и во

многих других местах Сибири, Кавказа и Дальнего Востока Возникновение и развитие карста обусловлено способностью пород к

полному растворению, наличием проточной воды и степенью ее минерализации, геологическим строением участка, рельефом местности,

трещиноватостью пород, характером растительности, климатом Из всех пород наиболее растворимыми водой являются соли, гипсы с

ангидридами и известняки Для растворения одной части каменной соли

(галита) достаточно трех частей воды, а для гипса нужно уже 480 частей воды. Труднее всего растворяются известняки.

Очень большое влияние на развитие карста оказывает климат

(количество и характер распределения осадков по сезонам года, тем-

пературный режим верхних слоев земной коры). Так, установлено, что на Урале до 50 % карбонатных солей выносится водами в весенний период.

Зимой их вынос составляет всего лишь несколько процентов от общегодового количества. При рельефе, который не обеспечивает поверхностного стока, роль атмосферных вод значительно возрастает.

Влияние растительности на развитие карста двоякое. С одной стороны,

лесная подстилка и гумус обогащают воду свободной СО2 и усиливают ее

растворяющую деятельность, с другой стороны, глинистый элювий,

формирующийся на покрытых растительностью территориях, уменьшает инфильтрацию и размывающую силу поверхностных вод. Уничтожение леса и дернового покрова всегда способствует развитию поверхностных карстовых форм.

Формы карста. В процессе выщелачивания в карстующихся породах f образуются различные по своему положению и форме пустоты, или карстовые формы.

По отношению к земной поверхности различают два типа карста:

открытый и скрытый. При открытом типе карстующиеся породы лежат непосредственно на поверхности земли, а при скрытом они перекрываются слоями нерастворимых водопроницаемых пород и лежат на некоторой глубине. Примером открытого карста могут быть районы молодых складчатых гор (Кавказ и др.). Скрытые карсты распространены на Русской равнине.

Из многочисленных форм карстов наиболее часто встречаются: на поверхности земли — карры, воронки, полья и в глубине карстующих-р ся толщ — каверны и пещеры.

Карры — мелкие желоба, борозды и канавы на склонах рельефа I

местности из карстующихся пород в виде известняков (рис. 127).