Inzhenerno-geologicheskie_protsessy (1)

2 2. Инженерно-геологические процессы и явление

Инженерно-геологическими называются процессы, возникающие в тез; льтате вмешательства человека в геологическую среду. По своей сущности - это природные геологические процессы. Инженерно­геологические явления - это результаты определенных инженерно­геологических процессов.

Деятельность человека оказывает влияние главным образом на проявление экзогенных геологических процессов. При проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений учитываются природные (геологические) и вызванные деятельностью человека ин­женерно-геологические процессы.

Сотрясение толщ и массивов горных пород при землетрясениях и взрывах.

При землетрясениях и взрывах происходят колебания верхних участков земной коры» в пределах которых располагаются инженерные сооружения. Кроме интенсивности сейсмических колебаний их устойчивость и состояние зависят от массы сооружения, его размеров и конструкций, материалов, из которых оно построено, от рельефа, тектонических, геологических, геоморфологических и гидрологических условий территории. Неблагоприятными для строительства считаются участки с расчлененным рельефом (крутые склоны, обрывистые берега, овраги), расположенные в районе тектонических разломов или образованные многослойной толщей залегающих наклонно пород.

Мерзлотные (криогенные) процессы

Криогенные процессы происходят при замерзании воды в грунтах. При этом происходит увеличение их объема {пучение грунта).

К пучинистым грунтам относятся пылеватые супеси, суглинки, глины, средне- и крупнообломочные породы, содержащие до 30% пылеватых и глинистых частиц.

Пучины - небольшие поднятия поверхности земли (0,2-0,5 м). Часто возникают на дорогах.

Бугры пучения - крупные поднятия грунтов деятельного слоя нижележащей массой льда. Размеры бугров могут достигать несколько 10- ков метров.

Наледи - плащеобразные или потокообразные скопления льда на поверхности земли, площади которых составляют 10-ки тысяч м . Они образуются в результате прорыва межмерзлотных вод или излива и замерзания поверхностных вод.

Посткриогенные процессы происходят при оттаивании грунтов. К ним относятся термокарст и солифлюкция.

Термокарст - процесс проседания поверхности земли с последующим образованием блюдец, провалов или воронок.

Солифлюкция - сползание (стекание) со склонов оттаявших в весенне­летний период грунтов деятельного слоя.

Суффозия, плывуны

Эти процессы возникают при строительстве и эксплуатации различных гидротехнических сооружений (плотины, каналы, дамбы), при вскрытии подземных вод (котлованы, карьеры, колодцы). При этом происходит подъем уровня поверхностных вод и увеличение скорости подземных вод, что приводит к процессам суффозии и плывунности.

Суффозия - осадка грунта, связанная с механическим выносом движущимися подземными водами мелких частиц грунта. Следствием работы суффозионных процессов является неравномерная осадка зданий и возникновение в них трещин.

Плывунностъ - свойство некоторых грунтов разжижаться при вскрытии их выработками, переходить в движение, засасывать тяжелые предметы, создавать «пробки» в скважине. Грунты, которые обладают этим свойством называют плывунами. Плывуны осложняют проведение строительных работ, приводят к заплыванию стенок колодцев, карьеров.

Длительный отбор грунта из скважин и колодцев может привести не к их углублению, а к образованию вблизи колодцев провалов, пустот.

Просадка

При увлажнении мягких связных макропористых грунтов (лессы, лессовидные суглинки) в них происходит разрушение некоторых структурных связей и уменьшение пористости. В результате развивается неравномерное уплотнение грунтов - просадка. При неравномерном уплот­нении в толще просадочных грунтов образуются трещины, по которым происходит опускание отдельных участков.

Под просадками понимают дополнительную осадку лессовых грунтов, под действием собственной массы или внешней нагрузки в результате их замачивания естественным или искусственным путем. Величина просадки зависит от многих факторов, главные из которых - генезис и последующие условия существования грунта, его гранулометрический и минералогический состав, влажность, пористость, внешнее давление от сооружения, степень и длительность увлажнения, состав и свойства увлажняющей воды.

На просадочность влияют геоморфологические условия местности. Грунты, залегающие на водоразделах и склонах, подвержены просадкам в большей степени, чем грунты, слагающие пониженные участки. Наибольшей просадочностью обладают верхние слои грунтов. С глубиной степень просадочности уменьшается, так как уменьшается количество пор и их величина.

Склоновые гравитационные процессы

Движение масс горных пород по склону называют склоновыми процессами. К ним относятся оползни, обвалы, лавины, осыпи.

Определяющим фактором этих процессов является сила тяжести, которая приводит к перемещению масс горных пород вниз по склону. В некоторых случаях к силе тяжести присоединяется деятельность поверхностных и подземных вод, которые оказывают размягчающее, рас­творяющее влияние, а также уменьшают силы трения и сцепления.

Оползни - это скользящее перемещение (смешение) масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести и при участии поверхностных и подземных вод. Наиболее часто оползни встречаются по речным, овражным, .озерным и морским побережьям со слоями глин, глинистых сланцев или суглинков, наклоненных в сторону побережья. Склоны, сложенные песками, супесями, гравием, щебнем, массивно-кристаллическими породами, опол­занию не подвергаются.

Основными причинами оползней являются следующие процессы:

1. изменяющие форму и высоту склона (изменение базиса эрозии рек, оврагов, разрушающая работа волн и текучих вод);

2. изменяющие физико-механических свойств, слагающих склон пород: выветривание, увлажнение пород подземными, дождевыми, талыми водами;

3. создающие дополнительное давление на породы: нагрузки от дорог, сооружений, сейсмические явления.

Растительный покров является наиболее важным естественным средством борьбы с поверхностным смещением грунтов. Нельзя также строить на склонах, подрезать их, производить взрывы. Борьбу с оползнями ведут при помощи инженерных сооружений, которые перехватывают подземные воды, атмосферные осадки.

Обвалы - обрушение больших массивов горных пород с их опрокидыванием и дроблением. Обвалы возникают на крутых склонах >45- 50°, а также в строительных котлованах. Обвалы связаны с трещиноватостью пород и их избыточным увлажнением.

Осыпи — скопление обломочного материала на склоне или у подножия. Осыпи делятся на действующие и затухшие. Действующие осыпи лишены растительности. Масса обломков все время нарастает и приходит в движение за счет увеличения массы, увлажнения. Затухшие осыпи - это заросшие растительностью, уплотненные, неподвижные скопления обломочного материала.

Процессы в грунтах под сооружениями

Осадка - это опускание основания вместе с сооружением. В результате вертикальной нагрузки от возводимого сооружения грунты его основания уплотняются и перемещаются вниз. Различают допустимую и недопустимую осадку, равномерную и неравномерную (особенно опасна). Допустимой называют такую осадку, которая не ведет к разрушению сооружения. Ее называют предельно-допустимой деформацией основания и сооружения. Наиболее быстро уплотняются пески. Уплотнение глинистых грунтов может длиться годами.

Выбор грунтов оснований. При увеличении нагрузки от сооружения в грунтах основания возникают зоны пластической деформации, т.е. сдвиг

одной части грунта относительно другой. В результате сооружение проваливается, т.е. резко опускается вниз, а грунт из под него выталкивается в виде вала выпирания. Этот процесс получил название выпора грунта основания.

Такие явления возникают в основаниях, которые сложены слабыми грунтами (илы, торф и т.д.) или при возведении тяжелых массивных сооружений (водонапорная башня, элеватор).

Изменение рельефа поверхности земли под влиянием подземных работ.

При подземной добыче твердых полезных ископаемых (каменного угля, руд) в массиве пород остается заполненное воздухом, а иногда и водой пространство, которое со временем заполняют вышележащие горные породы. Происходит «сдвижение» пород вниз, а поверхность земли в этом месте понижается продолжительность процесса сдвижения может изменяться от 1 года до 5 лет. Опускание поверхности земли приводит к неравномерной осадке и деформации сооружений, затоплению и заболачиванию земель.

При осушении заболоченных земель, особенно сложенных с поверхности торфом, происходят обезвоживание, подсыхание, уплотнение, уменьшение его водопроницаемости и водоотдачи. В результате поверхность осушаемых земель опускается со скоростью, уменьшающейся в процессе осушения от десятков до нескольких сантиметров в год.

Процессы в водохранилищах и зоне их влияния

При создании водохранилищ уровень грунтовых вод по их берегам поднимается. Подъем уровня грунтовых вод приводит к формированию зоны подтопления.

Подтопление - это любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин, при которых строительство невозможно. Подъем уровня грунтовых вод также может привести к заболачиванию территории и вторичному засолению.

При заполнении водохранилищ водой возникает волно-прибойная деятельность, приводящая к переработке и разрушению беретов. В зону переработки берега могут попасть инженерные сооружения, населенные пункты, сельскохозяйственные угодья. Возникает необходимость переноса их в безопасные места или укрепление берега водохранилища.

Одновременно с разрушением берегов в водохранилище происходит процесс аккумуляции продуктов разрушения обломочного материала, приносимого течениями.

В некоторых случаях искусственное обводнение пород приводит к усилению сейсмической активности. Это происходит в результате Нагрузки массы воды на породы.