Суффозией называется процесс вымывания мелких частиц из горных пород фильтрующейся водой, часто сопровождающийся оседанием вышележащих пород, образованием воронок, провалов и пр.

Суффозия является причиной различных видов деформации поверхности земли над подземными коммуникациями и тоннелями, она приводит к нарушению нормальной работы дренажей, фильтров водозахватывающих скважин.

Причины процесса: движение подземных вод, вызывающее разуплотнение песчано-глинистых пород в результате выноса их частиц.

Условия процесса: определенная неоднородность породы, значительные градиенты фильтрационного потока, наличие области выноса.

Различают механическую и химическую суффозию. Механическая суффозия происходит за счет выноса частиц породы фильтрующейся водой, а химическая - за счет выноса в виде раствора растворимой части породы.

Встречается смешанный химико-механический тип суффозии. Так, в разнозернистом песчанике может растворяться цементирующее вещество и механически могут выноситься мелкие частицы породы.

Плывуны.

Плывунность - способность водонасыщенных дисперсных пород переходить в текучее состояние. Разжиженная порода, образовавшаяся при этом называется плывуном. Плывуны при вскрытии их котлованами или горными выработками плывут в одних случаях медленно, в других быстро в виде прорыва, резко нарушая устойчивость склонов и подземных выработок, вызывая на поверхности образование мульд проседания.

Истинные плывуны - особый тип пород, плывунные свойства которых обусловлены наличием в породах органно-минеральных, коллоидных микроорганизмов ( силикатные бактерии).

Псевдоплывуны - дисперсные горные породы, плывунность которых обеспечивается гидродинамическим давлением. Обычно это тонкодисперсные пески, находящиеся во взвешенном состоянии, хорошо отдающие воду, теряющие подвижность, легко переходящие в устойчивое состояние.

Гравитационные процессы.

Обвал- отделение от склона более или менее крупной массы горных пород, их опрокидывание и обрушение вниз частично путем свободного падения, частично путем ударения о склон и отскакивания, перекатывания по склону.

Осыпание (образование осыпей) - отделение от склона более или менее мелких (дресва, щебень) обломков горных пород, их падение или скатывание по склону; осыпь - накопление продуктов осыпания у подошвы склона.

Лавина- скольжение и обрушение снежных масс.

Оползни.

Оползень - смещение части горных пород, слагающих склон, нередко также его основание и территорию за его бровкой, в виде скользящего движения без потери контакта между смещающейся и неподвижной частью склона ( а также форма рельефа и результат оползания).

Имеют повсеместное, широкое распространение по берегам рек, побережью озер, морей, откосам искусственного происхождения в карьерах, выемках, терриконах. Размеры оползневых явлений изменяются от нескольких кубических метров до сотни тысяч кубических метров. Оползневые процессы представляют угрозу для всех видов инженерных сооружений. В отдельных случаях оползневые смещения носили катастрофический характер, что приводило к человеческим жертвам ( катастрофа на реке Вайонт (Италия), в г. Аберфен (Англия).

Морфологические особенности оползневых участков очень характерны. Оползни резко выделяются в рельефе, им присущи специфические особенности, трещиноватость пород, нарушение растительного покрова, пьяный лес, различные формы водопроявлений в виде родников, мочажин, заболачивания, деформации инженерных сооружений, находящихся в сфере действия оползня.

В результате возникновения оползня формируются характерные геоморфологические формы - оползневые цирки. Оползневые цирки- формы рельефа, формирующиеся на склонах, представляющих собой как бы выемку в склоне, имеющую вид амфитеатра.

Главные элементы строения оползня приводятся на рис. 4.

Рис. 4. Элементы оползня /по Е.М.Сергееву/ 1- оползневое тело; 2 – поверхность скольжения; 3- бровка срыва; 4 – оползневые террасы; 5 – вал выпирания с трещинами; 6- подошва оползня; 7 – положение склона до оползня; 8 – коренной массив пород.

Поверхностью скольжения называют поверхность, по которой происходит отрыв и движение сползающего массива пород. Она имеет часто сложную форму, которая определяется геологическим строением склона. Место выхода поверхности скольжения на дневную поверхность в основании склона или откоса называют подошвой оползня, а в верхней части склона - вершиной.

Главные причины образования оползней – деятельность поверхностных и подземных вод на склонах. Оползни возникают тогда, когда склон неустойчив. Степень устойчивости склона или откоса оценивается величиною отношения действующих в толще склона сил сопротивления перемещению масс (SN ) к активным сдвигающим силам ( ST ), или:

; ( 5 )

В зависимости от величины этого соотношения все склоны или откосы могут быть подразделены на три группы:

1. Склоны или откосы в состоянии предельного равновесия, в этом случае :SN=ST и h=1;

2. То же в условиях обеспеченной устойчивости: SN>ST и h>1;

3. То же в неустойчивом состоянии:SN<ST и h<1;

Развитие оползневых явлений наступает при h£1. Оползни возникают вследствие несоответствия крутизны склона характеру и состоянию слагающих склон пород и его основания.

Наибольшее значение для развития оползней имеют следующие условия:

* морфология склона (высота, крутизна, форма);

* особенности геологического строения склона;

* гидрогеологические условия и свойства пород, слагающих склон.

Существует множество классификаций оползней. По структуре оползневого склона и положению поверхности скольжения Ф.П. Саваренский предложил разделить все оползни на:

Асеквентные - оползни в однородных неслоистых породах с криволинейной поверхностью скольжения.

Консеквентные - оползни, у которых скольжение происходит по наклонной поверхности, предопределенно строением склона (поверхности наслоения, трещине и т.п.)

Инсеквентные - оползни, у которых поверхность смещения пересекает слои разного состава.

По возрасту и фазам развития различают (И.В.Попов)

1. Современные, образовавшиеся при современном базисе эрозии и уровне абразии.

2. Древние, образовавшиеся при ином базисе эрозии и уровне абразии.

Стадии развития всех оползней:

* подготовительная;

* собственно оползневое смещение масс горных пород;

* последующая стадия в жизни склона и смещенных оползневых масс- разрушение оползневого тела, стабилизация оползня.

Основные виды противооползневых мероприятий можно сгруппировать следующим образом:

* Борьба с подмывом склона - мероприятия не изменяющие режим водоема (сооружение стенок набережных, волноотбойных стен, создание пляжей, покрытие склонов отмостками и.т.п) и мероприятия, воздействующие на режим водоема в благоприятных целях ( сооружение поперечных бун, берм, террасирование, отвод водотоков, спрямление русла и т.п.);

* Изменение очертания и переустройство склонов и откосов (уполаживание, срезка верхней части, создание берм, террасирование, общая планировка и т.п.).

* Механическое удержание оползающих масс ( подпорные столбы, сваи, контрфорсы и т.п.).

* Регулирование поверхностного стока (нагорные канавы, лотки и пр.).

* Мероприятия по дренированию подземных вод (дренажи, снижение уровня грунтовых вод, каптаж выходов подземных вод на склоне и др.).

* Укрепление склонов и откосов растительностью.

* Покрытие склонов и откосов одеждой, предохраняющей от выветривания, уменьшающей инфильтрацию .

* Изменение свойств (мелиорация) грунтов.

Криогенные процессы.

Особенности проявления экзогенных геологических процессов в криолитозоне связаны с периодичностью процессов промерзания и оттаивания, охлаждения и нагревания, спецификой свойств промерзающих, мерзлых и протаивающих грунтов. Сезонным протаиванием-промерзанием грунтов обусловлены следующие процессы: криогенное (морозное) пучение, сезонные миграционные и инъекционные бугры пучения, солифлюкция. Также широко распространенными криогенными процессами являются термокарст и наледи.

Криогенное пучение грунтов -это комплекс процессов, обусловленных промерзанием грунта и включающий криогенную и напорную миграцию воды, ее замерзание, образование льда приводящее к увеличению объема грунта и поднятие его поверхности. Развивается в слое сезонного промерзания-оттаивания при его промерзании, приводит к выпучиванию (подъему) фундаментов малонагруженных сооружений, столбов, опор трубопроводов.

Главной причиной возникновения пучения является промерзание грунта- процесс превращения воды в лед. Условиями развития процесса являются дисперсность грунтов (преимущественно пылеватые грунты) их минеральный состав, влажность и плотность.

При многолетнем промерзании грунтов и охлаждении вечномерзлых грунтов возникают процессы образования миграционных и инъекционных бугров пучения, различных по форме и размерам (размеры некоторых булгуняхов достигают 200 м в основании и 60 м в высоту). Бугры пучения формируются в основном на участках развития тонкодисперсных грунтов и торфов.

Солифлюкция - это процесс вязкого и вязкопластичного (медленного) смещения оттаявшего увлажненного тонкодисперсного грунта на склонах. Основной причиной солифлюкции является действие гравитационных сил, а основными условиями - состояние грунта (текучая консистенция) и наличие склона.

Термокарст - это совокупность процессов, состоящих из таяния внутриземного льда, вытаивания ледяных включений и залежей, возникновения в толще мерзлых грунтов полостей, просадок протаивающего льда и образования отрицательных форма микро и мезорельефа (западин, воронок, ложбин).

Причиной возникновения термокарста является такое изменение теплообмена на поверхности при котором глубина сезонного оттаивания начинает превышать глубину залегания подземного льда или сильнольдистого многолетнемерзлого грунта. Механизм процесса заключается в уплотнении оттаявших сильнольдистых грунтов или грунтов, содержащих мономинеральные залежи льда, под действием бытового давления оттаявшего слоя.

Наледи - это слоистые ледяные массивы на поверхности земли, льда, искусственных поверхностях, возникшие при замерзании периодически изливающихся природных или техногенных вод. Формы наледей многообразны, но в основном это ледяные покровы, размеры их изменяются от мелких до гигантских. Часто образуются на дорогах, создавая угрозу движению.

Лекция 3

Региональная инженерная геология – раздел инженерной геологии, изучающий закономерности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий в зависимости от истории развития земной коры и современных физико-географических условий.

Под инженерно-геологическими условиями обычно понимаются – геологическое строение и горные породы, рельеф, гидрогеологические условия, экзогенные геологические (в том числе инженерно-геологические) процессы. От инженерно-геологических условий во многом зависит инженерная и хозяйственная деятельность человека, а она, в свою очередь, может привести к изменению инженерно-геологических условий.

Основной задачей при изучении региональных и/г условий считается выделение существующего и возможного взаимодействия природных явлений с инженерными сооружениями. Региональные и/г исследования проводят для сравнительно крупных территорий с целью установления всех важнейших геологических факторов определяющих и/г условия. Изучение региональныъх закономерностей необходимо для правильного планирования и размещения разных видов строительства. И/г свойства пород изменяются в зависимости от условий их формирования, т.е. под влиянием различных процессов – диагенеза, эпигенеза, сингенеза, гипнргенеза и метаморфизма. К важнейщим геологическим факторам определяющим региональные и/г условия относятся – геологическое строение территории (с выделением формаций, субформаций, , генетических комплексов пород и стратиграфо-генетических комплексов пород), структура, условия залегания и состав пород, гидрогеологические и геоморфологические условия, современные экзогенные геологические процессы. Региональные и/г исследования сопровождаются проведением и/г съемки, составлением и/г карт и карт районирования с и/г характеристикой выделяемых элементов районирования. И/г съемка является одним из важнейших видов и/г исследований, она проводится с целью изучения и/г условий территории в пределах которой намечается размещение сооружений или осуществление других и/г мероприятий. Масштаб и/г съемки определяется категорией сложности и степенью геологической изученности района а также задачами исследований и стадиями проектирования. В зависимости от масштаба и/г съемки подразделяются на мелкомасштабные от 1:500000 и мельче, среднемасштабные от 1:200000 до 1:25000 и крупномасштабные от 1:10000 и крупнее. Среднемасштабная площадная и/г съемка проводится для обоснования технико-экономического доклада – схемы, а в отдельных случаях при простых и/г условиях и несложном характере проектируемых сооружений для обоснования проектного задания. Крупномасштабная и/г съемка проводится для обоснования проектного задания, а в отдельных случаях при сложных г/г условиях и своеобразии проектируемого сооружения для обоснования технического проекта. В масштабе съемки должна составляться и и/г карта.

И/г картой называется графическое изображение важнейших и/г факторов в пределах изучаемой территории, подлежащих учету при проектировании, строительстве эксплуатации сооружений и осуществлении других инженерных мероприятий. Как правило составляют три типа и/г карт – карты и/г условий, карты и/г районирования и и/г карты специального назначения. Карту и/г условий составляют для всех видов наземного строительства ее используют для общей оценки природных условий в которых проектируется строительство. Карту и/г районирования составляют как для общих так и для специальных целей на основе общности и/г условий отдельных частей территории с выделением на ней таксономических подразделений – регионов, областей, районов число которых возрастает по мере увеличения масштаба, при детализации можно выделять подрайоны, участки и т.д. Специальные и/г карты составляют применительно к требованиям конкретного объекта строительства или несколько однородных его видов. На них дается оценка и/г условий территории и прогноз и/г явлений. И/г карты по назначению и детальности содержания подразделяются на 4 категории – общие обзорные мелкого масштаба, обзорные среднего масштаба, среднемасштабные и детальные крупномасштабные.

Общие обзорные мелкого масштаба – для отражения закономерностей формирования и распространения и/г условий на больших территориях. Используются при планировании и размещении строительства при проектировании детальных и/г работ.

Обзорные карты среднего масштаба 1:200000 – 1:100000 для проектирования строительства различных сооружений – населенных пунктов, пром. предприятий, ж/д и а/д трасс и линий и т.д.

Среднемасштабные от 1:50000 до 1:25000 для обоснования проектного задания при составлении планов застройки городов, дорожных узлов, отдельных гидротехнических сооружений и т.д.

Детальные крупномасштабные для обоснования проектного задания и технического проекта при застройке городских территорий, при размещении конкретных объектов промышленного строительства, гидротехнических узлов, транспортных коммуникаций и т.д.

И/г карты специального назначения составляют в соответствии с особенностями и/г условий строительства и сооружений. Они могут быть разнообразны по своему содержанию, на них наносят основные и/г компоненты – породы и их свойства, подземные воды, геологические процессы, рельеф и т.п. учитывая требования конкретного вида строительства. Эти карты можно составлять в любом масштабе.

Инженерно-геологические условия оказываются одинаковыми у тех территорий, которые имеют одну и ту же, или близкую, историю геологического развития и находятся в одних и тех же природно-климатических зонах. Отсюда следует, что понять современные инженерно-геологические условия можно только при изучении истории геологического развития интересующей нас территории, особенно в новейшее время.

В том случае, если на интересующую нас территорию имеются карты (геологические, геоморфологические, гидрогеологические и т.д.) необходимого масштаба, а история геологического развития хорошо изучена, то стоящая перед региональной инженерной геологией задача значительно упрощается. Иначе говоря, в этом случае инженерно-геологические особенности, свойства горных пород и действующие на ней экзогенные геологические процессы должны быть рассмотрены в зависимости от геологического строения, рельефа, гидрогеологических особенностей, ландшафтных особенностей, климатических условий. Причем это рассмотрение должно быть проведено в историческом плане, с учетом тектоники, процессов аккумуляции и денудации.

Более сложные проблемы возникают перед региональной инженерной геологией когда инженерно-геологическому изучению подлежит территория, для которой отсутствуют карты необходимого масштаба. В этом случае инженерам-геологам приходится проводить дополнительное геологическое изучение территории (пример Западная Сибирь).

Глубина изучения территории определяется глубиной проникновения в горные породы человека и глубиной его воздействия на них.

При инженерно-геологическом изучении территории, помимо перечисленных факторов, которые обычно называются региональными, изучают также зональные инженерно-геологические факторы, то есть закономерности изменения инженерно-геологических условий связанные с климатом и, в первую очередь, с тепло- и влагообменом горных пород (коры выветривания), этим обуславливаются также и гидрогеологические условия (глубина УГВ, химический состав подземных вод).

При инженерно-геологическом изучении территорий существует два подхода: инженерно-геологическая типизация территорий и инженерно-геологическое районирование территорий.

Под инженерно-геологической типизацией территорий понимается выделение на ней отдельных частей, которые соответствуют определенным, заранее установленным типам регионов, характеризующимся наиболее общими и существенными признаками инженерно-геологических условий. Такой подход при инженерно-геологическом изучении территорий иногда называется типологическим.

При инженерно-геологических работах решают задачу о разделении геологической среды на части, на геологические тела – геологические системы разных категорий. Эти части геологической среды – литосистемы образуют иерархическую систему, в соответствии с принятой классификацией. Крупные геологические тела (формации, субформации, генетические комплексы пород) представляют собой ассоциации горных пород различного минерального состава и следовательно полипородные геологические тела. На некотором этапе последовательного разделения на части геологических тел – ассоциаций горных пород получают литосистемы у которых твердая фаза представлена одной горной породой – монопородные геологические тела. При дальнейшем более детальном расчленении проводимом в процессе крупномасштабной инженерно-геологической съемки и инженерно-геологической разведки монопородные тела разделяют на части используя для этого различные критерии. Критерии однородности изменяются по мере перехода от геологических тел высоких категорий к телам низких категорий.

Схема разделения геологической среды на геологические тела – литосистемы при проведении инженерно-геологических исследований – классификация геологических тел.