учебное пособие. Основы инженерной геологии
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
4.3.5. Экзогенные процессы, вызванные деятельностью атмосферы (эоловые процессы) Эоловые процессы связаны с разрушительной работой ветра. Среди них выделяются: Дефляция (выдувание горных пород) – это процесс отрыва и выноса ветром мелких частиц грунта с поверхности массива. Основной метод борьбы с дефляцией: создание лесозащитных полос, укрепление поверх- ности массивов растительным и травяно-кустарниковым покровом. Корразия – это разрушение поверхности грунта песчано-ветровыми струями. Препятствием процессу корразии является растительный по- кров. Эоловая аккумуляция – выражается в миграции под влиянием ветра и в результате накопления крупных масс песков и других тонких осадков, в формировании дюнного и барханного рельефа. Методы борьбы: закреп- ление массивов песков растительностью, битумной эмульсией или дру- гими средствами технической мелиорации, возведение многорядных щи- товых барьеров. В результате эоловой аккумуляции формируются лессовые грунты. Их характерные особенности: состав – алевритовые или пылеватые ча- стицы – 52–86%, глинистые частицы – 11–30%, песчаная фракция – от 1 до 30%, пористость – 40–55%, влажность – 3–10%, высокая просадоч- ность, т.е. способность уплотняться при обводнении и под действием статических и динамических нагрузок; низкая прочность, легкая размы- 57 ваемость. Возведение сооружений на лессовых грунтах обеспечивается следующими мероприятиями: 1) предварительным уплотнением лессово- го грунта и укреплением его методами технической мелиорации; 2) защитой грунта от обводненности; 3) использованием специальных типов фундаментов – свайных, до глубины устойчивости грунтов и др.; 4) использованием в сооружениях конструкций, малочувствительных к неравномерным просадкам оснований фундаментов. 4.3.6. Мерзлотно-динамические процессы Развитие мерзлотно-динамических процессов обусловлено влиянием климата. Они осложняют условия строительства, устойчивость и эксплу- атацию сооружений. Среди них выделяются: Морозное пучение – это процесс увеличения объема грунта, связан- ный с расширением находящейся в нем воды при замерзании и выделе- нием льда. Общее увеличение объема горных пород может достигать 11%. Процесс протекает активно в рыхлых тонкодисперсных водонасы- щенных грунтах. В результате на поверхности земли образуются бугры пучения высотой от 0,2–0,5 до 4–8 и 25–30 м. Они деформируют дороги, аэродромы, вымораживают столбы, наносят ущерб сооружениям. Основ- ной метод борьбы с пучением: осушение, меры по уменьшению глубины сезонного промерзания грунтов, заложение фундаментов сооружений на глубину промерзания горных пород и др. Наледи – это скопления льда на поверхности земли в результате за- мерзания многократно изливающихся поверхностных (речных) или под- земных вод. Источники воды могут быть искусственными (откачки про- изводственных вод, неисправности коммунальных водопроводов и др.). Форма и размеры наледей – самые разнообразные. Так, Большая Мамская наледь в Якутии достигает площади 80 км 2 , а объем льда в ней – около 200 млн м 3 . Наледи нарушают условия эксплуатации сооружений, созда- ют аварийные обстановки, блокируют трассы дорог и системы регулиру- емого стока, вызывают обводнение и затопление территорий, выводят из строя различные здания и гидротехнические объекты. Методы борьбы с наледями связаны с защитой от их вредного воздействия и предупрежде- нием их образования. Термокарст – это вытаивание подземных льдов с последующим про- седанием дневной поверхности и возникновением отрицательных форм рельефа. Причины их возникновения – нарушения температурного режи- ма в верхних приповерхностных горизонтах горных пород. Термокарсто- вые явления развиты широко и представляют угрозу для сооружений. 58 Известны многочисленные случаи просадки фундаментов и возникнове- ния аварийных ситуаций со зданиями в Магадане, Норильске, в Ворку- тинском районе. Методы борьбы с термокарстовыми явлениями: прогно- зирование их появлений и предупреждение их развития различными спо- собами. Солифлюкция – это течение по склонам оттаявшего переувлажненно- го высокопластичного грунта. Развивается локально, может носить ката- строфический характер. Меры предупреждения – закрепление склонов растительностью. Курумы – это «каменные реки» в горных речных долинах и у подош- вы склонов, сложенные крупными глыбами горных пород (часто магма- тических). Скопления глыб нередко занимают большие площади, а мощ- ность накоплений может достигать 15 м. Курумы могут перемещаться вниз по склону со скоростью до десятков сантиметров в год. Методы борьбы с курумами: отвод поверхностных вод нагорными канавами, ис- пользование взрывных работ. 4.3.7. Экзогенные инженерно-геологические (антропогенные) процессы К экзогенным инженерно-геологическим, или антропогенным, про- цессам относятся: 1) осадки, смещения и деформации скальных и рыхлых горных пород под воздействием сооружений; 2) просадки лессовых гор- ных пород под влиянием увлажнения и нагрузок от сооружений; 3) оползневые явления; 4) деформации горных пород, вызванные измене- нием гидрогеологических условий, под влиянием выщелачивания, суф- фозии и развития карста; 5) плывунные явления; 6) деформации массивов горных пород под влиянием горного давления (при подземной разработке месторождений полезных ископаемых); процесс является переходным к эндогенным; 7) размыв берегов водохранилищ; 8) выветривание под вли- янием воздействия сооружений и инженерных работ и др. 5. ОСНОВЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ 5.1. Общие положения Региональная инженерная геология изучает закономерности форми- рования и географическую распространенность инженерно-геоло- 59 гических условий территорий или структурных зон верхней части земной коры. Инженерно-геологические условия территории – это совокупность, прежде всего, геологических факторов, определяющих возможности ее инженерно-хозяйственного освоения. К ним относятся: геологическое строение, состав и свойства массивов горных пород, рельеф территории, гидрогеологический режим, геокриологические условия, геологические процессы и явления. Дополнительными факторами являются климатиче- ские особенности территории, а в освоенных районах – характер техно- генных воздействий. Теоретические основы современной региональной инженерной геоло- гии разработаны В.Т. Трофимовым (2007) и Т.И. Аверкиной. В.Т. Тро- фимовым сформулирован основной закон региональной инженерной гео- логии (закон И.В. Попова): «Современные особенности инженерно- геологических структур Земли определяются историей их геологического развития, современным пространственным положением, контролирую- щим тектонический режим и характер тепло-и влагообеспеченности, а на освоенных территориях – и характером техногенных воздействий» (2007, с. 57). Основными методами региональной инженерной геологии счита- ются (Трофимов, 2007): инженерно-геологическое картирование, инже- нерно-геологическая типизация, инженерно-геологическое районирова- ние, региональное инженерно-геологическое прогнозирование и регио- нальный инженерно-геологический мониторинг. Формирование инже- нерно-геологических условий территорий определяется тремя фактора- ми: 1) региональными геологическими; 2) зональными; 3) техногенными. Региональные геологические факторы формирования инженерно- геологических условий – это совокупность геологических процессов, ре- ализованных в ходе геологической истории территории, и ее современное тектоническое развитие. Решающую роль здесь играют типы тектониче- ских структур, которые определяют набор геологических формаций, осо- бенности пликативной и разрывной тектоники, развитие неотектоники и последующих современных геологических процессов. От геологического строения и тектоники территории зависят и ее геоморфологические осо- бенности. Зональные факторы – это экзогенно обусловленные климатические особенности территории, прежде всего, температурный режим и влаж- ность горных пород и их соотношение, которые определяют тепловой баланс земной поверхности, состояние, в том числе криогенное, горных пород, их свойства, химический состав грунтовых вод, характер и интен- сивность экзогенных геологических процессов (выветривание, эрозион- ные, склоновые, эоловые, мерзлотные процессы и др.). 60 Техногенные факторы воздействуют на все компоненты естественно сложившихся (под влиянием двух предыдущих факторов) инженерно- геологических условий на освоенных территориях (геологическое строе- ние, свойства грунтов, рельеф, поверхностные и подземные воды, гео- криологическая обстановка и др.). Под влиянием техногенных изменений возникают новые инженерно-геологические процессы. Техногенные фак- торы, воздействующие на геологическую среду, весьма многочисленны и разнообразны (табл. 5.1.1). Т а б л и ц а 5.1.1 Классификация техногенных воздействий на геологическую среду (Трофимов, 2007, с. 40–43) Класс воздей- дей- ствий Под- класс воздей- дей- ствий Тип воздействия Вид воздействия Потенциальные источники воздействия Ф из ическ ое М еханическ ое Уплотнение Статическое (гравитацион- ное) виброуплотнение, ука- тывание, трамбование, взры- воуплотнение Здания, сооружения, вибро- механизмы, автотранспорт, катки, метрополитен, взрывы Разуплотне- ние Статическая разгрузка. Динамическая разгрука Шахты, полости. Котлованы, взрывы Внутреннее разрушение массивов Бурение, дробление, фрезе- рование, откалывание, рытье, экскавация, взрывное разру- шение, распахивание, куль- тивация Буровые скважины, горные комбайны, горные выработ- ки, карьеры, разрезы, шахты, штольни, взрывы, агротехни- ческая деятельность Аккумуляция рельефа Отсыпка терриконов, отвало- образование, создание насы- пей и дамб Шахты, рудники, ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС, комбинаты, строи- тельство Планировка рельефа Строительная и дорожная планировка, рекультивация, террасирование склонов Строительство, объекты рекультивации и мелиорации Эрозия рельефа Формирование выемок; ры- тье каналов, котлованов, разрезов; подрезка склонов, образование мульд проседа- ния и опускания Карьеры, разрезы, котлованы, каналы, дорожное строитель- ство, шахты, рудники Г идром ехан и- ческ ое Гидроакку- муляция рельефа Гидронамыв дамб, плотин; намыв золоотвалов, насыпей и массивов Строительство, ТЭЦ, ТЭС, хвостохранилища, шламона- копители Гидроэрозия рельефа Гидроразмыв массивов, про- садочно-суффозионное воз- действие Карьеры, разрезы, драги, водозаборы, подземное вы- щелачивание 61 П р о д о л ж е н и е т а б л. 5.1.1 Класс воздей- дей- ствий Под- класс воздей- дей- ствий Тип воздействия Вид воздействия Потенциальные источники воздействия Ф из ическ ое Г ид род ина - м ическ ое Повышение напора Нагнетание, инъекция, под- топление, орошение Закачки, сбросы, утечки, промстоки, сельскохозяй- ственные поливы, гидроме- лиорация Снижение напора Откачки, дренирование, осушение Водозаборы, объекты мели- орации Т ерм ическ ое Нагревание Кондуктивное (до 1°С), конвективное (до 1°С), об- жиг (более 1°С), плавление, термическое, биохимиче- ское упрочнение Домны, ТЭЦ, АЭС, ТЭС, ГРЭС, горячие цеха, под- земная выплавка серы, га- зификация углей, объекты технической мелиорации, полигоны ТБО Охлаждение Кондуктивное, конвектив- ное замораживание Холодильники, закачки растворов, объекты техни- ческой мелиорации Эл ек тр ом аг - нит ное Стихийное Наводка электрических полей ЛЭП; линии железных до- рог, метрополитена, трамва- ев, троллейбусов Целенаправ- ленное Электрообработка, электро- осмос, электролиз, электро- силикатизация Объекты технической мели- орации Ра диационно е Загрязнение Короткоживущее и долго- живущее радионуклидное Ядерные взрывы, выбросы АЭС, склады радиоактив- ных веществ, АЭС, заводы по переработке радиоактив- ных веществ Очистка Дезактивация химическая, электрохимическая, биоло- гическая, механическая Объекты дезактивации и реабилитации Фи зи ко - хим ическ ое Гидратное Капиллярная конденсация, дегидратация (сушка) Асфальтовые покрытия, дренажные системы Кальматирова- ние Физическое, физико- химическое Объекты технической мели- орации Выщелачива- ние Прямое, диффузное Объекты выщелачивания Ионно- обменное Солонцевание, собственно ионно-обменное Мелиорация земель 62 О к о н ч а н и е т а б л. 5.1.1 Класс воздей- дей- ствий Под- класс воздей- дей- ствий Тип воздействия Вид воздействия Потенциальные источники воздействия Х им ическ ое Загрязнение Фенольное, хлорфенольное, нитратное, пестицидное, гербицидное, тяжелыми ме- таллами, углеводородное, кислотное, щелочное, засоле- ние Химфабрики, фермы, живот- новодство, склады отходов, с/х деятельность, транспорт, выбросы, АЗС, нефтехрани- лища, кислотные дожди, предприятия, стоки, внесение удобрений Очистка Нейтрализация, рассоление, разбавление Мелиорация земель Закрепление массивов Цементация, силикатизация, битумизация, смолизация, известкование и др. Объекты технической мелио- рации Би ол ог и- ческ ое Загрязнение Бактериологическое, микро- биологическое Свалки ТБО, с/х фермы, склады, силосные ямы, кана- лизация Очистка Стерилизация Объекты очистки В результате анализа региональных, геологических зональных и дру- гих факторов сформулировано понятие «инженерно-геологическая зо- на» – это крупная часть инженерно-геологического региона или провин- ции, в пределах которой современное состояние горных пород обуслов- лено, главным образом, особенностями фазового состояния воды в них, а инженерно-геологические условия однотипны и регионально выдержаны. В настоящее время выделяются три типа инженерно-геологических зон (Трофимов, 2007): 1) зона практически сплошного распространения мно- голетнемерзлых пород (приурочена к высоким широтам Земли); 2) зона совместного распространения многолетнемерзлых и талых пород (распо- ложена на севере умеренного пояса); 3) зона распространения талых и немерзлых пород (занимает большую часть площади континентов). В.Т. Трофимовым выведен закон зональности инженерно-геологических условий: «Зональное изменение инженерно-геологических условий кон- тинентов Земли выражается в их закономерной горизонтальной и верти- кальной (высотной) трансформации и определяется современной тепло- и влагообеспеченностью и их соотношением между собой» (2007, с. 76). Системный анализ по обобщению региональных геологических и зо- нальных факторов, полученных в результате инженерно-геологических съемок, позволяет выделять типы инженерно-геологических условий тер- 63 риторий. Типизация инженерно-геологических условий – это выделение участков и отдельных частей, которые определяют тип региона с общими и существенными признаками инженерно-геологических условий. Решение этой задачи является первым (более ранним) этапом последующего райо- нирования, в результате которого определяются территории, обладающие какими-либо общими инженерно-геологическими признаками. Результатом анализа региональных геологических факторов на фор- мационной основе стало введение понятия «инженерно-геологическая формация». По Т.В. Трофимову, «инженерно-геологическая формация – это полипородное многокомпонентное геологическое тело, включающее взаимодействующие твердую, жидкую и газообразную составляющие, а) объединяющее парагенетически связанные геологические тела меньшего объема, сформировавшиеся в определенной тектонической и климатиче- ской обстановках, б) претерпевшие впоследствии в ходе геологической истории воздействие одних и тех же геологических процессов и в) нахо- дящиеся в настоящее время в однотипном и регионально выдержанном состоянии, обусловленном фазовым состоянием и количеством жидкого компонента в нем» (2007, с. 107). Примеры классифицирования инже- нерно-геологических формаций имеются в различных литературных ис- точниках. В региональной инженерной геологии используется понятие «грунто- вая толща». Под грунтовой толщей понимается комплекс горных пород и почв верхней части от дневной поверхности разреза отложений, находя- щихся в зоне влияния инженерных сооружений. Верхней границей грун- товой толщи является физическая поверхность инженерно-геологи- ческого массива; латеральная граница определяется размером зон влия- ния инженерных сооружений, соизмеримых с размерами самих сооруже- ний, а глубина грунтовых толщ при массовой наземной застройке терри- торий ограничивается часто 10 м. Примеры систематизации, или класси- фикации, грунтовых толщ изложены в работах различных авторов. 5.2. Инженерно-геологические структуры Инженерно-геологические структуры – новое понятие в региональной инженерной геологии: «Это закономерно организованные объемы или части литосферы, сформированные под влиянием определенных регио- нальных и зональных геологических факторов и однородные по каким- либо (заранее определенным) инженерно-геологическим параметром» (Трофимов, 2007, с. 120). В.Т. Трофимов и Т.И. Аверкина выделяют: 1) инженерно-геологическую суперструктуру (структура первого уров- 64 ня) – часть литосферы, однородную по инженерно-геологическим пара- метрам, которые обусловлены типом глубинного строения земной коры и водно-воздушными условиями поверхностной среды. Пример: континен- тальная субаэральная или континентальная субаквальная инженерно- геологические структуры; 2) инженерно-геологическую мегаструктуру (структура второго уровня) – часть инженерно-геологической су- перструктуры, однородную по инженерно-геологическим параметрам, которые обусловлены типом строения современного мегарельефа и осо- бенностями фазового состояния воды в горных породах. Пример: плат- формы с практически сплошным распространением многолетнемерзлых пород или орогены с распространением талых и немерзлых пород; 3) инженерно-геологическую макроструктуру (структура третьего уровня) – часть инженерно-геологической мегаструктуры, однородная по инже- нерно-геологическим параметрам, которые обусловлены возрастом зало- жения тектонических структур и характером площадного развития гор- ных пород разного состояния. Пример: древний ороген с распростране- нием слабоувлажненных пород или молодая платформа с редкоостров- ным распространением многолетнемерзлых пород; 4) инженерно-геоло- гическую мезоструктуру (структура четвертого уровня) – часть инже- нерно-геологической макроструктуры, однородная по инженерно- геологическим параметрам, которые обусловлены геологическими осо- бенностями верхней части разреза отложений и наличием (или отсут- ствием) сезонного промерзания (протаивания) горных пород этой части разреза. Пример: плита с сезонным промерзанием горных пород (грун- тов) верхней части разреза или щит без сезонного промерзания горных пород (грунтов) верхней части разреза. Общая классификация инженер- но-геологических структур при переходе на структуры с меньшим объе- мом и площадью имеет следующий вид: инженерно-геологические су- перструктуры инженерно-геологические мегаструктуры инже- нерно-геологические макроструктуры инженерно-геологические ме- зоструктуры … формации (инженерно-геологические формации) субформации (инженерно-геологические субформации) геолого- генетический комплекс монопородное геологическое тело первого уровня расчленения монопородное геологическое тело второго уров- ня расчленения монопородное геологическое тело третьего уровня расчленения. В.Т. Трофимовым (2007) и Т.И. Аверкиной разработана классифика- ция инженерно-геологических структур Земли. В основу классификации положены регионально-геологические ряды признаков и таксонов 1, 2, 3 |