Природные геологические и инженерно-геологические процессы.

1.4.1. Экзогенные процессы и вызванные ими явления

Выветриванием называются процессы разрушения и изменения состава горных пород, происходящие под воздействием воздуха, воды, льда, колебаний температуры, жизнедеятельности живых организмов. Выветриванию подвергаются не только природные горные породы и минералы, но и искусственные строительные материалы – стены и фундаменты зданий, подземные и наземные строительные конструкции, коммуникации, трубопроводы и т. д.

Наиболее активно процессы выветривания наблюдаются в верхней части земной коры, на контакте с атмосферой (газы, дождь, снег, лед, колебания температуры). В зависимости от характера агентов выветривания выделяют: физическое (механическое), химическое и биологическое выветривание.

Физическое выветривание – это механическое разрушение горных пород без изменения их минералогического состава. Его главными причинами являются: резкие изменения температуры, механическое действие замерзающей воды, механическая сила ветра, в том числе с ударами песчинок, переносимых ветром, кристаллизация солей в капиллярах. В результате этих воздействий монолитная порода превращается в глыбы, щебень, дресву, песок.

Химическое выветривание – это разрушение и изменение минералогического состава горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических и минеральных кислот.

Различают следующие процессы химического выветривания: растворение солей; гидратацию – присоединение воды (переход ангидрита в гипс сопровождается увеличение объема до 30 %); окисление (наиболее интенсивно идет выше уровня грунтовых вод, т. е. в зоне аэрации); гидролиз – преобразование полевых шпатов в глины.

По устойчивости к выветриванию различают три типа минералов: высокоустойчивые, среднеустойчивые и неустойчивые (прил. 5).

Биологическое выветривание проявляется в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений (разрушение горных пород корнями растений, моллюсками-сверлильщиками, а также лишайниками, и мхами, поглощающими из горных пород различные элементы и концентрирующих их в своей биомассе).

Скорость выветривания зависит:

– от климатического пояса;

– от размера зерен (крупнозернистые выветриваются быстрее, чем мелкозернистые);

– от состава, слагающих породу минералов (полиминеральные быстрее, чем мономинеральные);

– от генезиса пород (наиболее устойчивы: интрузивные – граниты, диориты, габбро, ультраосновные). Менее устойчивы эффузивные, метаморфические и осадочные породы. Самые мощные коры развиваются по тектоническим нарушениям.

Элювий – несмещенныепродукты выветривания, накапливаются на выровненных поверхностях, и на водоразделах (еQ).

Коэффициент выветрелости рассчитывается по формуле:

К_wr = ρ_в /ρ_нв), (1)

где ρ_в – плотность выветрелого грунта; ρ_нв – плотность невыветрелого грунта. Скальные грунты в соответствии с ГОСТ 25100-2011 подразделяют: К_wr ≤ 0,9 – слабовыветрелые, К_wr ≤ 0,8–0,9 – средневыветрелые, К_wr < 0,8 – сильновыветрелые.

Коры выветривания – надежные основания для строительства (за счет остаточных связей в минералах). Однако быстро теряют свои свойства при промерзании-оттаивании и при обводнении (элювиальные глины набухают при увлажнении и происходит усадка при высыхании).

При производстве строительных работ и эксплуатации объекта следует соблюдать следующие меры борьбы: не допускать простоя котлованов; защитные покрытия на поверхности горных пород (гудрон, бетон, цемент, глина); пропитка различными материалами (жидкое стекло для укрепления песков, гудрон – для щебня, глина для песков); нейтрализация химической активности воды, отвод воды; не доводят котлованы до проектной отметки, выветрившийся слой снимают непосредственно перед укладкой фундамента.

Агрессивное воздействие грунтовых вод и коррозионная активность грунтов (выше УГВ в зоне аэрации) на фундаменты и подземные коммуникации нейтрализуют применением сульфатустойчивых цементов и гидроизоляцией их поверхностей, различного вида покрытиями.