Реферат Инженерная геодинамика
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Инженерная геодинамика.
Введение
Раздел геологии, изучающий изменения Земной коры (ЗК) называется геодинамика.
Изменения в составе , структуре, рельефе ЗК называются геологическими процессами. Они развиваются непрерывно под влиянием факторов эндогенной и экзогенной природы.
Геологические процессы совершают гигантскую работу по преобразованию рельефа и вещества ЗК. Согласно расчетам, средняя высота суши над морем 750м.За 8,3 млн лет твердое вещество суши может быть снесено в океан в результате водной эрозии. Каждый год реками удаляется с суши 50 мрд т вещества . (Человек перерабатывает 100 мрд т грунта).
НО…эндогенные процессы рождают новые формы рельефа земной коры.
Историческая геология свидетельствует о неоднократном разрушении грандиозных горных систем. Но континентальный рельеф существует, поскольку действуют силы, непрерывно созидающие сушу.
Инженерная деятельность человека концентрируется в самых верхних частях Земной коры. Геологические процессы развивающиеся при участии человека называют инженерно-геологическими (ИГ) или техногенными.
Дисциплина инженерная геодинамика изучает изменения в поверхностной части земной коры в связи с инженерной деятельностью человека.
Цель дисциплины : разработка рекомендаций по защите ПГС и территорий от негативного влияния ИГ-процессов.
Своей деятельностью человек способен изменить силу и направление геологических процессов, НАПРИМЕР:
- Укрепить берег и остановить его разрушение;
- предотвратить разрушение вечной мерзлоты в городе;
- остановить развитие оползней.
- предотвратить подтопление городских территорий и т.д.
В его силах совершить и обратное.
ПРИЧИНЫ и ФАКТОРЫ развития ИГ-процессев.
Основой формирования геологического процесса является горная порода (грунт). Каждая порода по-разному меняется на воздействие одного фактора.
ПРИМЕР. С подъемом УГВ песок пропускает воду почти не меняя свойств, лессы увлажняются и обнаруживают провальную осадку, глина же водонепроницаема.
Другой аспект формирования ИГ-процессов – обязательные факторы. Без них процессы возникнуть не могут.
ПРИМЕР.
1)- Карстовые пещеры формируются при
проявлении трех факторов одновременно:
-наличия растворимых пород
-наличия растворителя
-наличия гидродинамического режима.
2) Подтопление города развивается только при смещении
баланса грунтовых вод в сторону пополнения их запасов.
Другие факторы развития ИГ-процессов не менее важны, но
их влияние на развитие процессов не является решающим.
Важное в исследовании геологических процессов
1.Выделение главных (обязательных) факторов , управляющих геологическими процессами означает понимание их природы.
2.Прогноз развития геол. процессов, учет влияния инженерной деятельности человека.
3.Принятие решения о способах предотвращения или устранения негативного влияния процесса на жизнедеятельность человека.
Инженерная геодинамика исследует около двух десятков ИГ- процессов, важных для хозяйственной деятельности человека. Их можно объединить по общности происхождения и особенностям развития в группы.
.
II
. Деятельность поверхностных вод
- водная эрозия –образование оврагов, балок…
- геологическая деятельность рек
- переработка берегов морями, водохранилищами
- сели – грязекаменные потоки
- снежные лавины
III
. Деятельность подземных вод
IV
. Склоновые процессы
-Карст - обвалы
-Суффозия - осыпи
-Плывуны - оползни - ледники
VI
. Деятельность ветра
VII
. Промерзание грунтов
-Дефляция ->выдувание - морозное пучение
- корразия ->обтачивание - термокарст
- наледи
-солифлюкция
VIII
.Факторы эндогенной природы.
IX
.Техногенные процессы
- землетрясения - сдвижение грунтов над шахтами
- цунами - подтопление городов
- вулканическая деятельность
X
.Процессы в специфических грунтах
- просадочные - набухающие
- органо-минеральные грунты - техногенные грунты
- элювиальные грунты - засоленные грунты
Выветривание
Это совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования ГП и минералов в приповерхностной части земной коры. Выветривание зависит от климата, рельефа, органического мира. Наиболее важные агенты Выветривания – температура, кислород, вода..
Виды выветривания.
Выветривание физическое (механическое) - происходит под воздействием колебания температуры, минералы с анизотропными свойствами быстро разрушаются.
Пример: Коэффициенты объемного расширения. ортоклаза, кварца и альбита относятся как 1:2:3. Коэффициенты линейного расширения у кристаллов кварца и СаСОз анизотропны. При изменении температуры возникают местные напряжения и разрушаются даже мономинеральные горные породы: мраморы, известняки. На микротрещинах пород адсорбируется вода, катионы и анионы. Они ослабляют химические связи.
Замерзание воды приводит к разрушению льдом (объем льда в трещинах на 9% больше объема воды).
При устройстве выемок, котлованов давление на ГП уменьшается, они начинают разрушаться из-за напряжения между кристаллами.
Пример: растрескивание базальта, мергеля.
Выветривание химическое
- происходит под воздействием Н2О, О2, СО2. При химическом выветривании минералы разрушаются с образованием новых устойчивых минералов, остальные переходят в раствор и выносятся водами.
Наиболее устойчив к химическому выветриванию в поверхностных условиях кварц, наименее, оливин, основные породы. Базальт, габбро быстрее выветриваются, чем граниты, диориты.
Химическое выветривание включает:
а) гидратацию минералов: Fe2O3 + nН20 => Fe2О3*nН2О
б) гидролиз и растворение: К[AlSi3O8] + H2O + CO2 => => Al4[Si4O10](OH)8 (каолинит)+ K2CO3 + SiO2 (калиевый полевой шпат => каолинит)
в)окисление (при свобод-ном О2): Fe 2+=>Fe 3+
г) восстановление (при наличии погребенного органического вещества и деят-сти м/организмов в почвах и некот.водоемах); Fe2O3*nH2O + С орг. => Fе[СО3] (гидроксиды железа => сидерит);
д) карбонатизацией : гидролиз минералов в процессе выветривания обычно сопровождается: 4Mg2[SiO4](оливин) + 4H2O +2CO2 => Mg6[Si4O10](OH)8 (серпентин)+ 2Mg[CO3]
Кристаллизации солей в микротрещинах раздвигает их и механически разрушает породы.
Выветривание органическое - активное влияние растительных и животных организмов на литосферу, заключающееся в физическом и химическом разложении пород под воздействием выделяемых органических кислот, СО2 и O2, Биохимических процессов от бактерий почвы, а также физической деятельностти животных и растений (сверление, рост корней и т. д.). Особенно интенсивно выветривание в тропиках.
Кора выветривании (элювий) – поверхностная часть массива горных пород, преобразованная под влиянием выветривания. Ее мощность (0,5-20,0 метров) зависит от рельефа, климата, состава горных .
С глубиной кора выветривания угасает.
ОПОЛЗНИ
Это смещение массы грунтов вниз по склонам
под действием силы тяжести без опрокидывания.
Оползневым процессам подвержены
- склоны природные, берега водохранилищ и морей, склоны дорожных выемок и насыпей, склоны, сложенные моноклинальными слоями …
Схема оползня: Оползневое тело – поверхность скольжения– бровка срыва – оползневые террасы - вал выпучивания - подошва оползня
БАЛАНС СИЛ
Вес оползневого тела раскладывается на сдвигающую и удерживающую силы. Они определяют устойчивость склона. Природы последней силы описывается законом Кулона (сцепление частиц и трение).
Критические места оползневого тела:
- подошва оползня –вал выпучивания (роль сдерживания)
- поверхность скольжения (силы трения)
Причины возникновения оползней:
- чрезмерное увлажнение пород склонов
атмосферными и грунтовыми водами
- подрезка склонов (стр-во дорог, подмыв рекой)
- перегрузка склонов сооружениями
- давление подземных вод на слои делювия
- быстрый спад УГВ вблизи подтопленного склона (сработка водохранилищ – устранение взвешивающего влияния воды)
Оползни провоцируются
- землетрясениями,
- вибрацией от проходящего поезда,
-забивки свай
- штормами и ливнями
Пример: р-н Александровки в г. Ростове-на-Дону:
-перегрузка
-УГВ
-подмыв рекой
-поезда - сейсмичность.
Меры
c
держивания – понижение УГВ, укрепление шпунтовыми стенками
УРОН
- при строительстве: разрушение территорий
- страдают дороги, т.к. проложены по склонам
разрушаются сотни метров и километры дорог
Для борьбы с оползнями надо знать:
Геологическое строение склона
- положение поверхности скольжения
- объем оползневого тела
- ГРУНТЫ: состав, состояние, С, f, Ео, и др.
- причины, породившие оползень
- рассчитать модель оползня;
- прогноз устойчивости склонов
-- в природных условиях,
-- при инженерном воздействии,
МЕРОПРИЯТИЯ по борьбе и профилактике в оползневых районах:
Пассивные:
- посадка деревьев и кустарника на склонах
- укладка дерна
- запрет подрезания склонов
Активные;
- возведение опорных стен
- выполаживание склонов
- закрепление грунтов склона
- устройство земляных контрбанкетов и
ступенчатых откосов.
СЕЛЬ
Сель – временный грязекаменный поток.
Равнинная или горная река с каменистым дном переносят до 1 т/м3 твердого вещества. Плотность селевого потока достигает от 1,5 т/м3 до 2,6 т/м3. Содержание твердого материала в селевом потоке зависит от уклона русла потока.
• Скорость потока достигает 6-7 м/сек.
• Продолжительность селя 4-6 час.
В суспензии концентрируются фракции: галька, щебень, глыбы.
Условия, благоприятные для формирования селя
• геоморфология à долины рек, сухие долины с большими уклонами.
• литология à породы легко разрушаются при выветривании.
• метеорология à внезапное увеличение осадков (ливень, снеготаяние, внезапное преобладание теплых ветров). человек à вырубка леса ,выпас скота
Сель формирует свое русло и набирает скорость по мере движения. С уменьшением объема поступающей воды, поток слабеет и входит в свое русло и останавливается.
ПРИМЕР. Сель в Алма-Ате 08.07.1921 г.
• Обилие снега и превышение годовой нормы осадков на 30%.
• Породы – сильно выветрелые граниты, покрытые слабо сцементированными конгломератами и лессами.
• Дождевые осадки: за ночь выпало 160% месячной нормы.
• Вынесено в город 1,5 млн тонн грязевого материала за 4 часа. (За городом было отложено еще 5 млн тонн).
• Песчано-глинистая водная смесь с r =1,3-1,5 т/м3, переносила крупные глыбы ( объемом до 50 м3 ).
Методы борьбы с селем
Регулирование водонакопления: - сброс уровня воды в озерах и прудах. (траншеи,туннели,каналы), - устройство нагорных каналов для перехвата водного потока и отвода его в сторону; - дамбы, разделяющие и направляюще поток; - емкости, аккумулирующие материал и снижающие энергию потока.
- запрет вырубки леса, выпаса скота.
- укрепление дна и бортов русел от размыва.
- устройство лотков, перепадов, стенок.
- селенаправляющие сооружения устраивают для отвода селя от объектов (небольшой сель может быть переброшен над дорогой по специальному лотку на опорах – селедуку или селеспуску).
Деятельность поверхностных вод
ПЛОСКОСТНОЙ СТОК
Плоские струи поверхностного стока захватывают рыхлый, мелкий материал и перемещают его вниз по склону.Этот процесс называется делювиальным.
Плоскостной смыв уменьшает крутизну склонов, они приобретают плавные очертания. Более грубый материал – песчаный отлагается в вершине шлейфа. В конце шлейфа - пыль и глина. Для делювиального процесса благоприятны равнинные степные районы.
От чего зависит формирование делювия
- рельеф, - количество атмосферных осадков, - физико-химические свойства почв, - растительный покров, - деятельность человека.
Влияние уклонов рельефа:
0,5-2,0 град. – смывается 5-
2-5 град. - --“-- 13-16см
>5 град.(балка) - --“-- 32-
В Ростовской области за год смывается 33млн т грунта с 1,5 млн га.
ВРЕМЕННЫЕ РУСЛОВЫЕ ПОТОКИ
Временные потоки оврагов равнин и временные горные потоки.
Этими потоками осуществляется: эрозия, перенос и аккумуляция.
Развитие оврагов начинается с РЫТВИНЫ ИЛИ ПРОМОИНЫ. Они разрастаются вниз и вверх по склону и в глубину. Энергичная эрозия, устремляясь вниз по склону, достигает устьем реку, озеро или море - базис эрозии. Углубление эрозионного вреза постепенно уменьшается и развивается боковая эрозия - склоны оврага постепенно осыпаются, - приобретают угол устойчивого естественного откоса и зарастают. В районах с рыхлыми породами, овраги быстро разрастаются. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, на огромных площадях. Далее она развивается в балки, лога, лощины, суходолы, увалы.
Ростовская область. Оврагообразование – 40 тыс га/ год. Протяженность оврагов - 40 тыс км. Скорость размыва –
БОРЬБА Активная: выполаживание рельефа, регулирование поверхностного стока системой нагорных канав и водоотводящих валов, посадка деревьев, кустарников на склонах, подпорные стенки, лотки на дне оврагов.
ПАССИВНАЯ борьба: запрет выпаса скота вблизи эрозионной сети, запрет распахивания полей вблизи эрозионной сети.
Временные горные потоки
Формируются в верхней части горных склонов как система сходящихся рытвин и промоин. Они образуют водосборный бассейн. Из него по склону вода движется уже в едином русле. Во время дождей или снеготаяния все промоины и канал стока заполняются водой, которая с большой скоростью движется вниз по склону. Захваченный водой обломочный материал усиливает разрушительную работу потока. На предгорной равнине скорость течения уменьшается, твердый материал оседает и образуется конус выноса. В строении конусов выноса материал сортирован вниз по склону: от более крупного до тонкого. Отложения конусов выноса называют пролювием.
Геологическая деятельность рек
Реки – это постоянные потоки, совершающие большую эрозионную, переносную и аккумулятивную работу.
Способность рек производить работу называют энергией реки, или ее живой силой. Она пропорциональна массе воды и скорости течения. Взвешенные частицы и влекомые потоком по дну принято называть твердым стоком рек. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в породы дна реки. Боковая эрозия вызывает подмыв берегов и расширение долины. Соотношение видов эрозии меняется на разных стадиях развития долины. В начальных стадиях формирования реки преобладает глубинная эрозия. Река стремится сгладить неровности, стремясь к уровню моря или озера. Уровень бассейна, куда впадает река называется базисом эрозии. Он является общим для всей речной системы. В нижнем течении реки уклон продольного профиля приближается к горизонтальной линии, затухает глубинная эрозия.
Грубый обломочный материал усиливает донную эрозию, но и сам истирается и окатывается, образуя гальку, гравий, песок. Одновременно с эрозией и переносом происходит аккумуляция материала. Даже при явном преобладании процессов эрозии и переноса на отдельных участках аккумулируется обломочный материал.
Речные отложения, называются аллювиальными. Мощность аллювия реки Дон (г. ростов-на-Дону) – 25м, реки Темерник –
Строение речной долины. Речная долина развивается стадийно. Первая стадия морфологической молодости: преобладание глубинной эрозии и V – образный, поперечный профиль долины, Вторая стадия морфологической зрелости: продольный профиль реки, приближается к кривой равновесия, поперечный профиль долины U – образный, река имеет хорошо развитую пойму.
В эпохи быстрых поднятий и опусканий земной коры в долинах рек появляются молодые эрозионные врезы V – образного типа. Причина – река меняет продольный профиль вслед за базисом эрозии. В реке формируется новая пойма на более низких абсолютных отметках. Из-за колебательных движений земной коры в речных долинах образуется лестница надпойменными террас, возвышающихся друг над другом.
Классификация террас по строению
:
- Эрозионные террасы
образуются в молодых горных сооружениях и слагается коренными породами. - Аккумулятивные террасы
сложены аллювиальными отложениями, а цоколь из коренных пород
Устьевые части рек. Различают два типа устьев рек – дельты и эстуарии. Дельты – это плоские низменные равнины (реки Волга, Дон, Днепр). Здесь река распадается на многочисленные рукава и протоки. В речных дельтах встречаются различные по своему составу и генезису отложения: пески и глины, озерные отложения, болотистые отложения (торфяники, на месте зарастающих озер), морские осадки.
Эстуарии – воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. у Сены, Эльбы, Темзы, С. Двина, Лена. Во время отливов морская вода вместе с речной образуют мощный поток, обломочный материал, выносится в море, где подхватывается береговыми течениями.
Эрозионная деятельность рек может провоцироваться человеком: сбор вод с орошаемых территорий; строительство водохранилищ изменяет базис эрозии участка реки (выше плотины – аккумуляция, ниже – эрозия).
БОРЬБА с неблагоприятными процессами: Подмыв берега рекой: укрепление берега, изменение скорости или перенаправление потока струй (буны,дамбы).ПОДВОДНАЯ часть укрепляется наброской камней, фашинами.
Пример: г.Ростов-на-Дону - облицовка набережной гранитом. Излучина Дона – шпунтовые стенки. Аксайский мост – наброска камней, бетонирование склонов, водоотводящие сооружения.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА МОРЯ.
Инженерно-геологические процессы и явления на берегах морей и водохранилищ активно влияют на промышленные и гражданские сооружения.
Море постоянно разрушает сушу, но и создает осадочные породы. Среди осадочных пород – 95% морские. Они формируются за счет твердого стока в море рек (64%) , солей рек (12%), ледников+ветра+абразии (12%), вулканического пепла (6%), биогенного материала (6%).
Берег Моря постоянно перемещается вследствие тектонических движений.
Факторы разрушения берега моря (Абразии):
- волнение на поверхности моря из-за ветра - параметры берега: профиль , глубина моря, состав и залегание ГП, - вертикальное колебание земной поверхности.
- факторы волны: сила удара от 7,2 т/м2 (Ч.море), 10-30 т/м2 (океан),
мощная волна перекатывает глыбы размером 30-40т на 10-20м.
- фактор течения: скорость 0.2 м/сек перемещает песок , 0,3 м/с - мелкий гравий, 1,2 м/с - гальку размером
РАССМОТРИМ ДВА СЛУЧАЯ АБРАЗИИ:
1)крутой берег 2)пологий берег
1) Берег крутой и море глубокое
Прибой подтачивает берег и выравнивает площадку, которая называется абразионной террасой. Разрушенный материал относится в море и образует аккумулятивную террасу.
Слабонаклонные подводные террасы волну и снижают абразию. Накапливается пляж, береговые валы. В их образовании участвует аллювий впадающих рек. Скорость формирования абразионных террас контролируется вертикальными движениями ЗК.
2) Пологий берег. Абразии нет.
Происходит аккумуляция и перенос морских осадков.
в пляжной зоне образуются береговые валы: песок,галька,гравий.
В мелководье – подводные валы при забурунивания волн на глубине равной двойной высоте волн. Они параллельны берегу. Над уровнем моря могут подниматься валы-БАРЫ высотой несколько десятков метров и длиной десятки и сотни км.
Аккумулятивные формы моря:
Аккумулятивные террасы на мелководье, пляж
Косы формируются в подветренной части берега: при подходе волн к берегу под углом.
Перейма (томболо) возникает, если между берегом и островом существует волновая тень.
БОРЬБА с неблагоприятными явлениями.
1. Волноотбойные стенки криволинейной формы и облицованы бетоном или магматическими породами. Они отбрасывают волну.
2. Укрепление пляжа позволяет защитить берег от разрушения.
-- Запрещается разработка пляжной зоны с целью извлечения
пород как строительного материала.
-- буны сооружаются под углом или перпендикулярно берегу
для сдерживания перемещения обломков вдоль берега
-- волноломы возводят параллельно берегу на расстоянии
30-40м для снижения скорости волн.
-- тетраподы гасят волну и способствуют накоплению осадков.
Все эти сооружения требуют постоянного ремонта и восстановления, так как море их активно разрушает.
Озера и водохранилища
Берега озер разрушаются медленнее. Строение берегов зависит от слагающих пород и структур. У озер активно формируется пляжная зона.
Особенности водохранилищ.
---в первые 2-3 года активно формируются берега, поскольку водохранилище вырабатывает новый профиль равновесия.
Через 10-15 лет наступает динамическое равновесие.
---образуются пляжные зоны, оползни, обвалы.
---Вокруг водохранилищ возникает подпор грунтовых вод, заболачивание, карст, суффозия, просадочные деформации
Изыскания при устройстве водохранилищ сопровождаются
прогнозом подпора грунтовых вод.
ПРИМЕР. Краснодарское водохранилище :
-- подпор распространился на
--фильтрация через глубокие водоносные горизонты и через гидрогеологические окна проникает в верхние водоносные горизонты и подтапливает территорию г. Краснодара. Перед Краснодаром устроен вертикальный дренаж : 85 скважин через
При изысканиях уделяют внимание следующим факторам:
-климат
-морфология, литология дна
-гидрология
-новейшие тектонические движения
-режим ветра
-режимные наблюдения за аккумуляцией и разрушением
-аэрофотосъемка с интервалом в несколько лет
-геофизика для тектонических нарушений
Деятельность подземных вод.
КАРСТ
Карст –образование пустот (каналов, пещер) в горных породах под влиянием растворения и выщелачивания с оседанием кровли, образованием озер воронок, впадин на поверхности Земли.
13% территории РФ поражено карстовыми явлениями
в районах Урала, Крыма, З.Кавказа, Ср. Азии, Сибири .
Необходимые условия проявления карста:
- тектонические поднятия обусловливают большие скорости движения подземных вод; - особые горные породы (известняк, доломит мергель, гипс, галит).
Типы карста и карстовые формы
1. Открытый карст -- разрушенные ГП выходят на поверхность Земли, можно видеть борозды, желоба – кары, поверхностные воронки диаметром 1-50 м и глубиной 1- n*10м
2. Закрытый карст покрыт мощным слоем элювия. Снос продуктов выветривания происходит медленнее, чем развитие карста.Образуются пещеры,поноры (трещины,расширенные водой)
3.Среднерусский карст перекрыт нерастворимыми осадочными породами: Центр Европейской части РФ, известняки.
Скорость развития карста зависит от факторов:
1) растворимости горных пород, состава и минерализации вод.
Известняки практически нерастворимы (0,0013 г/л), но разрушаются в пять раз быстрее с увеличением концентрации SO4. При больших концентрациях СО2 в воде кальцит переходит в соединение Са(НСОз)2 с растворимостью до >1 г/л
выщелачивание - это извлечение одного или нескольких компонентов из твердых тел водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент. Обычно выщелачивание сопровождается химической реакцией с переводом компонента в растворимую в воде форму.
2) скорость движения подземных вод особенно возрастает в тектонически нарушенных зонах, расчлененном рельефе. Вблизи крутых склонов скорость движения подземных вод достигает 200—1000 м/сут; трещиноватость возрастает в замках антиклиналей, вблизи: сбросов и способствует быстрому движению воды.
3) рельеф местности:
- на водораздельных пространствах образуются колодцы и провалы, от них круто вглубь уходят карстовые ходы.
- у подножия склонов выходят наружу горизонтальные ходы в виде пещер, сформированных в системе трещин.
На развитие карста можно повлиять. Для этого нужно знать природные механизмы его угасания.
Случаи угасания карста
:
а) повышение базиса эрозии;
б) замедление или прекращение поступления воды в карстовые полости при накоплении остатков нерастворившихся пород (пещерная глина), обрушении пород (карстовая брекчия), образовании на поверхности мощного слоя элювия, делювия и осадков карстовых озер;
в) залечивание карста при изменении температуры, давления и выпадении растворенных веществ в осадок с образованием СаСОз, SiO2*nH2O, CaSO4*2H2O, Fe2O3*nH2O.
Принцип инженерно-геологического изучения карста - комплексность.
Изыскания включают изучение
а) климата, гидрологии, рельефа, растительности
б) геологии, гидрогеологии,
в) состояния инженерных сооружений (в связи с карстом).
Применение геофизических методов.
Электроразведка устанавливает :
- глубину скрытых отложениями карстовых воронок
- участков с разными Кф; уровень подземных вод,
объемы и структуру трещинноватости;
Строительство и эксплуатация ПГС как правило, активизирует карстовые процессы.
МЕРЫ_сдерживания_карста
АКТИВНЫЕ
--засыпка карстовых воронок на осваиваемой территории,
--тампонирование или обрушение полостей
--отвод агрессивных подземных и поверхностных вод,
блокирование потока водонепроницаемыми экранами,
--изменение водного баланса карста дренажем
ПАССИВНЫЕ МЕРЫ
- На опасных участках не строят. Дороги укрепляют продольными и поперечными ж/б балками. В особо опасных участках устраивают сигнализацию светофорами.
СУФФОЗИЯ
Суффозией называют: Механический вынос мельчайших частиц потоком подземных вод из массива грунтов с образованием воронок, оседания поверхности земли.
suffodio
(лат.) - подкапывать. Растворение играет подчиненную роль, оно лишь освобождает зерна породы и разрыхляет ее, благодаря чему увеличиваются скорость фильтрации .
Суфффозия проявляется в мелких песках с зернами карбонатов или песчаниках со слабым карбонатным (глинистым) цементом.
Суффозия развивается сравнительно медленно (годы, десятки лет) и отрицательно сказывается на устойчивости зданий и сооружений.
Условия возникновения механической суффозии:
1) определенный гранулометрический состав и структура песка D/d=20
2) при значительном гидравлическом градиенте, I>3 на крутом берегу реки, при быстром спаде паводкового уровня реки, в основании плотин, утечке ливневой канализации дороги.
3) контакте слоев (Кф1/Кф2>2), например лесс/известняк, песок.
Пример контактной суффозии:
Ростов-на-Дону лёссовые грунты, залегающие на известняках: пустоты достигают нескольких метров в диаметре, вызывают провалы поверхности земли с повреждением зданий и подземных коммуникаций.
Техногенная суффозия формируется в городах над трубопроводами: оседания и провалы дорог.
Как исследуется суффозия, например в лессах
При ИГ-изучении суффозии в глинах и лёссах выясняют:
а)какие породы и в каких местах легко теряют прочность при увлажнении и вымывании солей
б) грансостав и структуру грунта
в)за счет каких источников и по каким путям может осуществляться турбулентное движение воды через размытую породу.
Борьба с суффозией
- регулированием поверхностного стока атмосферных вод и
- гидроизоляцией поверхности земли;
- перекрытием места выхода подземных вод тампонированием;
- устройством дренажей для осушения пород
-уменьшением скорости фильтрации воды;
-упрочнением ослабленных суффозией грунтов методами цементации, глинизации и т.д.
ПЛЫВУНЫ
К плывунам относят водонасыщенные рыхлые породы, преимущественно пылеватые и мелкие пески, которые при динамическом воздействии (вскрытии котлованами и горными выработками) разжижаются и ведут себя подобно вязкой жидкости.
Выделяют плывуны ложные и истинные. Ложные плывуны (Кф 1-2 м/сут) приходят в движение под действием высокого гидравлического напора потоков подземных вод на морских и речных побережьях. Формируются зыбучие пески. Ложные плывуны легко отдают воду и становятся плотными.
ИСТИННЫЕ плывуны. Это пески водонасыщенные, мелкозернистые, почти пылеобразные с примесью 10-15% глинистой фракции (<1 мк). Вокруг глинистых частиц образуется связанная вода, ослабляющая структурные связи и снижающая Кф до 0,05-0,001 м/сут. Плывуны не отдают воду дренам и их невозможно уплотнить. При высыхании они упрочняются за счет глинистого цемента.
Техногенные плывуны возникают при намыве насыпей из тонкозернистого песка при недостаточно обеспеченном отводе воды. Плывуны приходят в движение в бортах и на дне котлованов при сотрясениях. Нередко полностью или частично заполняют выработку.
ПРИМЕР:
1. Погружение бульдозера в песчаную насыпь при включении его мотора. Внезапное разжижение вызывается вибрацией насосов. При сейсмическом толчке в
***
Из-за негативного влияния плывунов строительство значительной части Московского Метрополитена проводилось только в замороженном грунте.
***
Ленинград. Весной в
***
Прорыв плывуна на поверхность возможен при интенсивном движении поездов на участке с плывунами.
Плывуны могут быть вскрыты при подрезке склонов во время строительства дорог. Выходы плывунов приводят к образованию оползней и оседаний склонов.
При строительстве 100-метрового трамплина на Воробьевых горах в Москве был вскрыт плывун , вызвавший оседание склона.
Борьба с плывунами
По периферии будущих котлованов, до подошвы водоносного пласта погружают сплошной шпунт вокруг пространства работ; понижают УГВ (этот метод успешен в ложных плывунах, в истинных применяют иглофильтры и, часто, неуспешно); замораживают плывун, закрепляют его инъекциями цементных и др. реактивов.
Пример.Байкало-Амурская ж-д магистраль: Северо-Муйский ж-д. тоннель
Длина тоннеля - 15,3км.Цена - 16,5 мрд.руб.
Трудились 30 тыс. человек в течение 1977
C
ЛОЖНОСТИ:
- тектонический разлом с водопритоками n*100 м3/час, давлением воды ~34 атм, t~ +45о. Откачано 20млн м3 водопесчаной смеси Новые решения : комплексное водопонижение, глубиной до
Подтопление городов
Подтопление - подъем уровня подземных вод к поверхности земли за счет неуклонного повышения их запасов.
Около 30% количества атмосферных осадков питает грунтовые воды.
Вода в грунт поступает за счет утечек из водонесущих коммуникаций - водопровода, канализации, теплотрасс. В Москве - это свыше 20 тыс. км. Объем утечек из них (4 л/с*км2) в два раза превышает природное питание подземных вод.
Нарушение системы естественного дренажа
Эрозионная сеть в городах засыпается грунтом, что сокращает сток подземных вод.
Другая проблема - накопившаяся под асфальтом влага не может испаряться. Доля асфальта и застроенной земли в городах составляет 80-90%. Ему соответствует самый высокий уровень влажности почвы.
Последствия подтопления
Сырость в подвалах домов и погребах, плесень на стенах подъездов, разрушение подземных конструкций городских сооружений, проседание домов. Накопление внутрипочвенной влаги
в подвалах зданий. На первых этажах зданий размножаются колонии микроскопических грибов, провоцирующие различные заболевания.
Себестоимость строительства на территориях с высоким уровнем грунтовых вод значительно повышается.
ЛИКВИДАЦИЯ ПОДТОПЛЕНИЯ
-- Устранение протечек в городской системе водоснабжения.
-- Восстановление природных дрен.
-- Переход к умеренному асфальтированию поверхности почвы в жилых кварталах.
-- В Европе стали внедрять пористый асфальт, который пропускает и испаряет излишки влаги.
Эндогенные процессы. Землетрясения
Землетрясение - мгновенное высвобождение энергии за счет разрыва горных пород в очаге.
Причина – тектонические движения в литосфере.
Гипоцентр(фокус) землетрясения – это условное положение очага на глубине.
Эпицентр -проекция гипоцентра на поверхность Земли.
Гипоцентры: мелко-фокусные (0-
Характеристика сейсмического эффекта: в России - 12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера- Карника (МSК-64).
МАГНИТУДА (Чарльз Ф. Рихтер): lg (максимальной амплитуды землетрясения ) на расстоянии
Энергия при землетрясения пропорциональна скорости сейсмических волн, плотности слоев Земли, амплитуде смещения, частоте колебаний.
Типы упругих волн: Р-продольные, они попеременно сжимают и растягивают ГП. Их скорость зависит от плотности и модуля сдвига породы.
S-поперечные волны – смещают грунт 90о к направлению движения волны. В жидкости не распространяются.
Поверхностные- подобно ряби расходятся по поверхности Земли.
Регистрация землетрясений– сейсмографы регистрируют: тип волны, направление волны, время приходя волны. 40000 датчиков регистрируют несколько сот тысяч землетрясений в году, 100 из них - ужасные.
Локализация землетрясений закономерна. Землетрясения происходят в зонах контактов литосферных плит: рифты, Ср.океанич.хребты. горные цепи. Очаги лежат в зонах Х.Беньофа (погружение плит в мантию).
Механизм землетрясений неясен.
Гипотезы: Шебалин Н.В. (1984) –зацепы твердых тел. Мячкин В.И. –лавинный рост трещин. Брейс У.,Нур А.М. – быстрый рост объема горных пород вслед за появлением трещин. Штольц К.(1990г.) – залипание контактов.
ЦУНАМИ – землетрясения с эпицентром в океане. Во всей массе воды возникают подводные волны,V=800 км/ч. У берега скорость падает до нуля,но амплитуда волны растет и порождает катастрофы.
МЕТОДЫ Прогнозов землетрясения. Два направления:
1. Выявление их предвестников, - выявление сейсмических циклов, скопления колебаний земной коры у будущих очагов.
2.Контроль деформации и наклонов земной коры. – изменения скорости сейсмических волн,изменения электрического сопротивления горных пород, изменения напряженности магнитного поля; колебания уровня грунтовых вод, содержания радона.
Срочность прогнозов: годы – недели – непосредственно перед землетрясением. Г. Хайчен (Кит) за 5,5 час предупредил землетрясение силой в М=7,3.
Сейсмическое районирование: выделение областей, в которых можно ожидать землетрясение определенной интенсивности. Районирование учитывает: геологические, тектонические, сейсмологические, физические факторы. Каждый бал сейсмичности сильно увеличивает цену ПГС!
Уровни районирования: Страна, регион, город. при этом учитываются состав грунтов, уровень грунтовых вод, рельеф кровли коренных скальных пород.
Неблагоприятные условия для строительства: обводненные грунты (гидравл удар), рыхлые суглинки, просадочнсть…
Проектирование: Конструкция зданий должна быть прочная и гибкая, рассеивающая колебания грунта. В Токио построены здания высотой 60 этажей. Здания раскачиваются как деревья и таким образом рассеивают энергию землетрясений.
ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА
Вечная мерзлота – это толща горных пород, залегающая вблизи поверхности земли, обладающая отрицательной температурой, которая сохраняется тысячелетиями.
Мерзлота занимает > 63% территории России и распространена севернее 48 с.ш.
Строение вечной мерзлоты.
Представлена в нескольких видах: сплошной массы - до глубины ~200м, t= -7…-120С, в виде таликов до глубины 20-60м t= -0,2 …-2С, в виде островной - до глубины -10-30м, t=0…-0,3С
На севере структура мерзлой тощи включает деятельный слой (вверху), а глубже - сплошную ВМ. Деятельный слой тает весной. Его мощность зависит от глубины максимального протаивания и состава ГП: для глины- 0,7м, песка - 3-4м. Деятельный слой сливается зимой с вечной мерзлотой. В теплые зимы между ним и ВМ остается талый слой.
Вечномерзлые толщи могут быть сплошными и слоистыми, т.е. чередующимися с талыми породами. В наиболее суровом климате ВМ включает массивы чистого льда.
Строение ВМ у южного края самое сложное, прерывистое, в долинах рек ВМ отступает на большую глубину (р.Лена).
РЕЖИМ ВМ
Динамика ВМ проявляется в большем распространении на юг и отступлении. ВМ деградирует. Согласно подсчетам, к концу ХХI века ее граница отодвинется на север на 500-
РОЛЬ ЛЬДА в ВМ .
На плавление льда при 0о требуется в 100 раз больше тепла, чем на нагревание горных пород.
Вследствие этого, лед порождает в ВМ зону НУЛЕВОЙ ЗАВЕСЫ.
Она имеет t = ОоС, поглощает много холода/тепла, поэтому служит буфером и препятствует изменению температуры в нижележащих слоях. В сухих породах ее нет. В породах со связанной водой она располагается в зоне с температурой <
Вода в вечной мерзлоте (ВМ)
Вечная мерзлота водонепроницаема. В водоносных горизонтах является водоупорной кровлей и ложем. Воды могут быть сильно минерализованы.По характеру залегания подземные воды бывают:
Надмерзлотные -- временный источник водоснабжения. При оттаивании порождают деформации грунтов.
Межмерзлотные -- приводят к образованию наледей; в феврале-марте они сжимаются мерзлым верхним слоем и прорываются в подвалы, дорожные выемки.
Подмерзлотные -- могут быть источником постоянного водоснабжения.
В ВМ могут быть проталины и подземные воды мигрируют из под мерзлоты, в межмерзлотный или в надмерзлотный слои.
Движение воды породах вечной мерзлоты
Гравитационная вода перемещается в замкнутых объемах при промерзании под влиянием возрастающего давления. Оно меняется, поскольку лед увеличивается в объеме на 9%.Вода может выдавливаться на поверхность, образуются наледи площадью 100 -
Скорость промерзания возрастает, если дорожное основание уплотнялось. Под поверхностью грунта образуются ЛЕДЯНЫЕ БУГРЫ, если вода не может под давлением вырваться на поверхность. Их высота достигает 10 до
СОЛИФЛЮКЦИЯ - течение почв весной из-за таяния льда , накопившегося зимой у поверхности.
Теплые воды агрессивны для вечной мерзлоты и могут вызываь развитие термокарста и термоэрозии.
БОРЬБА с мерзлотными явлениям использует саму природу образования наледи.
Можно охладить подземные воды и превратить их в лед, который создаст преграду для миграции воды. Тогда воды уйдут в сторону от защищаемого объекта и там образуется наледь. Так защищают дороги. С этой целью вдоль дорожного полотна устраивают траншеи.
Изыскания при строительстве в зоне вечной мерзлоты
Изучают факторы мерзлоты: состав грунтов, влажностный режим, to -режим, режим снежного покрова; техногенные - размер зданий, глубину заложения фундаментов, конструкцию фундаментов, время производства строительных работ, to_режим эксплуатации зданий.
Исследования ВМ для целей строительства
Определяют:
- глубину залегания вечной мерзлоты , ее тип: сплошная, слоистая.
- температурный режим деятельного слоя ВМ
- режим подмерзлотных подземных вод
- параметры метеорологии, климата.
Особенности строительства в условиях ВМ
-Крупные залежи льдов обходят
-дренируют подземные воды
-заменяют лед в котлованах и выемках дренирующим грунтом
-фундаменты под здания и сооружения закладывают на сваях.
