Основы грунтоведения

Среди растворимых горных пород наиболее распространены известняки и доломиты. Таким образом, наиболее изучен и распространён известняковый карст. Главным условием растворимости известняка является достаточное количество растворённого в воде CO2, т.к. вода становится химически агрессивней и энергично воздействует на карбонатные породы. Источниками CO2 в природных водах могут быть:

- атмосферные процессы;

- биохимические процессы в почве  и коре выветривания;

- разложение органических остатков при свободном доступе воздуха;

- поступление углекислоты из  эндогенных источников.

 Другие условия, определяющие  развитие карста: рельеф – на пологонаклонённых поверхностях, как правило, карстовые образования возникают гораздо быстрее и представлены разнообразнее, чем на крутых склонах; чистота и мощность известняков – чем чище и мощнее толща известняков, тем интенсивнее они подвержены карстообразованию; структура породы – грубообломочные или ракушечные известняки карстуются гораздо меньше, чем однородные мелкозернистые; климатические условия (температурный режим, количество и характер осадков, наличие вечной мерзлоты, характер растительного покрова и т.д.); трещиноватость карстующихся пород.

В областях развития мощных карстующихся толщ выделяются четыре вертикальные зоны, различные по условиям движения подземных вод (рис. 10).

Рис. 10. 1 – зона аэрации – происходит нисходящее движение инфильтрационных вод; 2 – зона периодического насыщения – сезонное колебание уровня подземных вод; 3 – зона полного насыщения – движение подземных вод направлено в сторону речной долины (3а – сфера разгрузки подземных вод на долине реки); 4 – зона глубинной циркуляции – движение воды происходит очень медленно в сторону тектонических депрессий, здесь карстообразование прекращается. 

 

 

 

 

2.4 Абразия берегов морей, озер и водохранилищ.

Абразия (от латинского abrasio — соскабливание, сбривание)- разрушение волнами и прибоем берегов морей, озёр и крупных водохранилищ. Интенсивность абразии зависит от степени волнового воздействия, т. Е. от бурности водоёма. Важнейшим условием, предопределяющим абразионное развитие берега, является относительно крутой угол исходного откоса (больше 0,01) прибрежной части дна моря или озера. Абразия создаёт на берегах абразионную террасу, или бенч, и абразионный уступ, или клиф. Образующиеся при этом в результате разрушения горных пород песок, гравий, галька могут вовлекаться в процессы перемещения наносов и служить материалом для образования береговых аккумулятивных форм. (рис. 11.) Часть материала сносится волнами и течениями к подножию абразионного подводного склона, образуя здесь прислонённую аккумулятивную террасу. По мере расширения абразионной террасы абразия постепенно затухает (т. К. расширяется полоса мелководья, на преодоление которой расходуется энергия волн) и при поступлении наносов может смениться аккумуляцией.

На склонах искусственных водохранилищ, уклоны которых в прошлом формировались иными, не абразионными факторами, темп абразии особенно высок — до десятка метров в год.

Причины усиления абразии берегов делятся следующим образом:

- за счет повышения уровня океана или локального опускания дна – 30–35 %;

- за счет климатически обусловленного усиления течений в устьях бухт и заливов –20 %;

- за счет антропогенного вмешательства в естественный ход процессов в прибрежной зоне – 45–50 %.

Защита морских берегов от абразии осуществляется при помощи морских берегозащитных сооружений.

Морские берегозащитные сооружения должны решать задачу стабилизации и защиты от абразии берегового склона и прилегающей к нему территории суши с находящимися на ней сооружениями различного назначения либо ценными природными ландшафтами, восстановления, расширения и стабилизации естественных и искусственных пляжей.

 

Рис.11. Абразия

2.5 Гравитационные процессы (оползни, обвалы, коллювий, элементы оползня).

Гравитационные геологические процессы, часто называемые склоновыми, выражаются в перемещении горных пород по поверхности Земли под действием силы тяжести из возвышенных участков рельефа в пониженные. Для уклона поверхности 1о–2о гравитация еще мала и такие поверхности к склонам не относят. Но даже без них на долю склонов приходится более 80% земной поверхности. Обычно горные породы находятся на поверхности Земли в устойчивом состоянии, но они могут быть выведены из равновесного состояния рядом причин – дополнительными внешними импульсами (землетрясением и др.), дополнительной нагрузкой на горную породу (например, обвалившиеся массы горных пород, рост высоты снежного покрова при снегопаде), дезинтеграцией горных пород процессами выветривания, смачиванием поверхности скольжения, удалением пород в основании склона в результате подмыва, разнообразными видами геологической деятельности человека и др.

Материал при гравитационном переносе может перемещаться разными способами: падение – обрушение, скатывание – течение и скольжение отдельных обломков по крутым склонам (рис. 12). Скорость перемещения обломков по склону зависит от размеров блока, его массы, крутизны склона, влажности пород и особенно поверхности скольжения. В результате физического выветривания склонов гор возникают склоновые отложения обрушения или сползания – коллювий (от лат. «коллювио» - скопление). Коллювиальные отложения, как правило, плохо отсортированные (состоят из обломков пород: глыб, щебня, песка, глин, супесей и др.), со слабо выраженной слоистостью, изменчивой мощностью, древние по возрасту толщи, часто сцементированные.

Рис. 12. Классификация склоновых процессов.

При дроблении породы возникает обвальный коллювий.

Одним из важнейших факторов активизации склоновых процессов являются поверхностные и подземные воды, которые вымывают и выщелачивают отдельные минералы, создавая пустоты и ослабляя связь между толщами нижележащих пород с вышележащими. Насыщая рыхлые породы вода способствует их скольжению по склону в виде вязких и жидких потоков (оплывины, сели). По роли воды гравитационные процессы подразделяются на собственно гравитационные, водно-гравитационные, гравитационно-водные, подводно-гравитационные.

Водно-гравитационные процессы. К этой категории относят наиболее широко распространенные перемещения земляных масс на склонах, называемые оползнями.

В оползневых перемещениях могут участвовать крупные блоки твердых горных пород (блоковые оползни) и отдельные глыбы (глыбовые оползни), сохранившие первичную текстуру; менее прочные слоистые трещиноватые горные породы; рыхлые — раздробленные склоновые накопления коллювиального, делювиального, почвенного происхождения. Оползневым процессом может быть охвачен весь склон или его часть, долины оврагов, образующие оползневой район.

В верхней части оползневого района различают: крутые вогнутые стенки — стенки отрыва оползневых тел, выровненный участок склона — ложе оползней, или поверхность скольжения, (рис. 13) и оползневые тела.

 

Рис. 13. Типы коллювиальных тел 1 – обвальное; 2 – блоково-оползневое; 3 – террасовидное; 4 – циркообразное; 5 – бугры выпирания; 6 – трещины отрыва; 7 – стенка отрыва; 8 – провал; 9 – ложе оползня

Ложе оползня — это часть склона, по которой движется оползень. Чем круче наклон ложа, тем интенсивнее движение оползневого тела. Оползание происходит, начиная с наклона 5°, а на дне водоемов — 1°.

Оползневое тело может иметь различные размеры и форму. Чаще всего оно ограничено сверху ровной или бугристой площадкой, наклоненной внутрь склона, и обрывистым бугристым склоном во фронтальной части, обращенной в направлении движения оползня. В тех случаях, когда площадка имеет ровную поверхность, вытянута параллельно склону, оползневое тело сходно с речной террасой (террасовидный оползень). Часто поверхность оползневого тела в плане напоминает полу-цирк (цирковидный оползень). Когда оползень спускается вдоль оврага, оползневое тело имеет вытянутую языкообразную форму. Оползень обычно движется по глинистым породам, служащим водоупором для водоносного горизонта и поэтому обильно смоченным водой. Вода нарушает связи между ложем и вышележащими породами и тем самым способствует развитию оползневых процессов. Поэтому оползни следует рассматривать как водно-гравитационные явления.

Оползневые тела движутся по сравнению с обвальными значительно медленнее. Так, установлено, что крымские оползни перемещались в год на расстояние от 100 до 0,1 м, причем это движение было неравномерным: фазы быстрого движения сменялись фазами медленного движения или даже длительного покоя. Отдельные части оползневого тела движутся с различной скоростью, что вызывает образование трещин, внутренних стенок отрыва; в блоковых и глыбовых оползнях с этим связываются многочисленные более мелкие обвалы, а иногда и полный развал твердых пород ползущего блока; подобные оползни, обваливающиеся в процессе движения, относят к обвально-оползневому типу. Возникновение оползня или активизация оползневого процесса могут вызываться разными причинами и ведут к проявлению оползней различных типов. Усиление давления на верхнюю часть оползневого тела вызывает оползни детрузивного (сталкивающего) типа. При разгрузке нижней части склона – создании там полостей, в которые оползневое тело смещается последовательно расположенными сегментами, — образуются деляпсивные (свободно скользящие) оползни. В случае, если подмыв склона связан с морскими волнами, оползни относят к абразионному типу.

При разрушении подножия склонов долин рекой образуются эрозионные оползни, при землетрясениях возникают сейсмогенные оползни, при геологической работе человека в оползневом районе появляются искусственные, или антропогенные, оползни.

Дополнительные поступления воды на ложе оползня в период таяния снегов, ледников, после сильных продолжительных дождей почти всегда активизируют оползневой процесс.

Оползни наносят большой вред народному хозяйству. Они уничтожают пахотные земли, садовые и парковые участки, создают криволесье, уничтожают постройки, мосты и дороги. Большой ущерб приносят оползни городскому хозяйству приморских городов, населенным пунктам, расположенным в долинах рек, на горных склонах.

Обвалом называется процесс отрыва от основной массы горной породы крупных глыб и последующего их перемещения вниз по склону. Обвальные отложения сложены крупнообломочным материалом. Крупные обвальные массы распадаются на множество обломков разных размеров, движутся вниз по склону, откладываются у подножья склона или по инерции продолжают перемещаться по дну долины. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 3. Региональная инженерная геология

 

3.1 Инженерно- геологические условия.

 

Инженерно-геологические условия — комплекс современных геологических особенностей, определяющих условия инженерных изысканий, строительства и эксплуатации инженерных сооружений (узкий подход), или условия инженерно-хозяйственной деятельности человека в целом (широкий подход).

Этот комплекс включает в себя 5 составляющих, которые называются компонентами, или факторами инженерно-геологических условий:

1) геологическое строение местности  и характер слагающих ее пород;

2) рельеф;

3) гидрогеологические условия;

4) мерзлотные условия;

5) современные геологические процессы.

Каждый из них характеризуется большим числом параметров. Наиболее важными из них являются характер и условия залегания грунтов, их состав, состояние и свойства, морфологические и морфометрические особенности рельефа, распространение мерзлых, талых и немерзлых толщ, их температура, мощность мерзлых пород, их криогенное строение, глубина сезонного протаивания-промерзания и прочее, типы, закономерности распространения, глубины залегания, водообильность и режим подземных вод, их состав и минерализация, агрессивность по отношению к строительным материалам и др. современные геологические процессы и явления.

 

3.2 Инженерно- геологическое районирование.

 

Инженерно- геологическое районирование- последовательное деление территории на соподчинённые части (территории единицы), характеризующиеся всё более высокой степенью однородности по инженерно-геологическим условиям, в некоторых случаях с последующей классификацией выделенных единиц.

Инженерно-геологическое районирование охватывает приповерхностную зону земной коры на глубину, отвечающую интересам отдельных видов инженерной деятельности, а выделяемые территории единицы представляют собой сложно-построенные геологические тела (массивы пород) с содержащимися в них подземными водами, газами и сформировавшимися в их пределах физическими полями (гравитационным, геотермическим, электромагнитным и др.). Различают общее районирование, рассчитанное на все виды инженерно-хозяйственной деятельности (обычно осуществляется в масштабах 1:200 000 и мельче), и специальное — рассчитанное на определённый вид деятельности (открытые горные разработки, промышленное строительство и др.) или решение конкретной задачи (прогноз геологических процессов, проектирование природоохранных мероприятий и пр.). Основой инженерно-геологического районирования служит предварительно разработанная таксономическая система территории единиц.

При мелкомасштабном инженерно-геологическом районировании общим, используется в основном система, включающая инженерно-геологические регионы (выделяются по геоструктурному признаку), области (по геоморфологическому признаку — формам макро- и мезорельефа), районы (по сочетанию генетических и петрографических типов пород), подрайоны и участки (по гидрогеологическим условиям, интенсивности и характеру современных геологических процессов). Иногда (например, при учёте ландшафтно-климатической зональности) в систему дополнительно включаются зоны, подзоны, провинции.