Физико-геологические процессы и явления

Экзогенными (от греч. é xo – вне, снаружи) называют геологические процессы, которые обусловлены внешними по отношению к Земле источниками энергии: солнечной радиацией и гравитационным полем. Они протекают на поверхности земного шара или в приповерхностной зоне литосферы. К ним относятся гипергенез (выветривание), эрозия, абразия, седиментогенез и др.

Противоположные экзогенным процессам эндогенные (от греч. é ndon – внутри) геологические процессы связаны с энергией, возникающей в недрах твердой части земного шара. Главными источниками эндогенных процессов считаются тепло и гравитационная дифференциация вещества по плотности с погружением более тяжелых составляющих элементов. К эндогенным процессам относятся вулканизм, сейсмичность, метаморфизм и др.

Экзогенные геологические процессы (ЭГП) и явления значительно усложняют условия строительства, а порой делают земли не пригодными для застройки, либо требуют огромных материальных затрат на проведение мероприятий и строительство сооружений защитного характера от ЭГП.

На территории строительства развиваются следующие виды ЭГП: выветривание, денудация, овражная и речная эрозия, оползневой процесс, суффозия, заболачивание, солифлюкция, эоловый процесс, морозное пучение, овражная эрозия. Из инженерно-геологических процессов следует отметить подтопление, переработку берегов в пределах созданных водохранилищ.

К наиболее опасным геологическим процессам и явлениям относятся оползневой процесс, овражная и речная эрозия, заболачивание, переработка берегов. Эти процессы характеризуются масштабностью своего проявления, а часто и внезапностью. Именно эти виды процессов изымают из народно-хозяйственного пользования огромные участки земель.

В рассматриваемом районе строительства распространены оползни и участки техногенного подтопления.

 

Оползни

Оползни являются обычным явлением по бортам долин, по склонам оврагов, берегам водохранилищ.

Оползень - скользящее смещение горных пород под действием гравитации без потери контакта с поверхностью. Выделяют следующие геоморфологические элементы оползня: тело оползня (сползшая масса пород, сохранившая монолитность, либо распавшаяся на отдельные блоки), язык оползня (часть оползших пород, выдвинувшаяся за границу поверхности отделения), стенка срыва (над телом оползня возвышается крутая стенка, по которой произошел отрыв оползших масс от массива пород), поверхность или плоскость скольжения (по ней происходит скользящее движение пород), бровка оползня (бровка стенки срыва), подошва или основание оползня (нижний край, представляющий выход поверхности скольжения на поверхность), борта оползня (правый и левый смотря сверху вниз склона по направлению смещения).

Длина оползня измеряется от бровки срыва до нижней границы сместившихся масс, ширина - между бортами.

Классификаций оползней чрезвычайно много. Наиболее часто применяются следующие классификации:

- по характеру развития смещения (деляпсивные, детрузивные оползни);

- по характеру захвата горных пород (оползни 1го порядка, оползни 2го порядка);

- по структуре оползневого склона и положению поверхности смещения
(асеквентные, консеквентные, инсеквентные);

- по возрасту и фазам развития (современные, древние оползни).

Для классификации оползней Нижегородско-Чебоксарского Поволжья наиболее приемлема классификация К.А.Гулакяна, В.В.Кюнтцеля, которая наиболее полно отражает особенности развития оползней в породах татарского яруса и отложениях четвертичной системы. Она позволяет учитывать факторы — условия образования оползней (крутизна поверхности, геологическое строение, гидрогеологические условия, физико-механические свойства пород) и факторы - процессы, обусловливающие их динамику (климатические условия, режим подземных вод, подмыв основания склонов), т.е. в конечном итоге кинематику и динамику оползневого процесса. Существующие представления о механизме оползневых процессов позволяют разделить все многообразие оползней на 2 группы. Согласно указанной классификации к I группе относятся оползни, приуроченные к породам коренной основы, отличающиеся относительной сохранностью первоначальной структуры смещающихся пород, ко П группе относятся оползни, характеризующиеся полным изменением структуры, состояния и свойств всей массы смещающихся пород четвертичных отложений.

Оползни I группы происходят сравнительно редко, захватывают часть склона, иногда весь склон от плато до уреза реки и ниже.

В этой группе выделяют 3 типа оползней, отличающиеся основными оползнеобразующими факторами и морфологическими особенностями.

Оползни выдавливания производят большое впечатление своими размерами. Происходят они вследствие раздавливания пород в глубине массива и последующего их выдавливания. Подготовка оползня происходит скрытно, смещение происходит буквально за несколько минут и часто носит катастрофический характер. Под оползшими породами могут оказаться здания и люди. Если появляются трещины за 1-3 суток до основного смещения и их удается обнаружить, то жертв и большого материального ущерба удается избежать.

Длина оползней выдавливания > 80-100м, ширина > 50-60м, глубина захвата смещением до 20-40м, в отдельных случаях до 50-60м. Для оползней выдавливания характерна крутая, почти вертикальная стенка срыва высотой до 15-20м, наличие крутых ступенчатых блоков с почти горизонтальной поверхностью и вала выпирания (вала выдавливания) у подошвы оползня.

Оползни выппывания образуются при выплывании песчаных разностей пород вследствие действия веса вышележащих пород и при высоких гидравлических градиентах. Основным деформируемым горизонтом (ОДГ) чаще всего являются алевролиты глинистые, реже песчаники глинистые тонкозернистые. Оползни выплывания происходят редко, признаки начавшегося смещения фиксируются за несколько дней по начавшемуся выносу песчаных частиц вместе с выклинивающимися подземными водами. Длина оползней выплывания от 20 до 50м, ширина может достигать 60-100м, глубина захвата смещением 6-10м, стенка срыва почти вертикальная, но высота её обычно не превышает 5-7м. Ступенеобразные блоки имеют различную направленность поверхности (в сторону склона, в сторону смещения, почти горизонтальное).

Оползни скольжения наиболее распространены среди оползней I группы. Смещением захватывается выветрелая зона коренных пород и покрывающих её четвертичных отложений. Смещение происходит быстро, вследствие хрупкого разрушения пород, переходящего в срез. Длина оползней 30-80м, ширина 50г60м, иногда > 60м, глубина захвата смещением от 5 до 15-20м. Для оползней выдавливания характерно наличие мелких ступенеобразных блоков пород, запрокинутых в сторону склона.

Оползни I группы обычно происходят на склонах - с коэффициентом устойчивости 1 и менее, при крутизне склонов 18-28° и более, при наличии в разрезе пород с пониженными прочностными характеристиками (чаще всего это глины). Конфигурация склонов может быть вогнутой, прямолинейной и выпуклой. Оползни выдавливания чаще всего происходят на вогнутых склонах, в январе - феврале, когда снеговой покров достигает максимальной высоты, оползни выплывания образуются обычно в весенний период, оползни скольжения могут происходить в любые сезоны года, но, как правило, при значительном увлажнении пород на значительную глубину.

Оползни II группы составляют 80-95% от общего количества оползней, происходят ежегодно, особенно активны в весенний период. Происходят на склонах крутизной 8° и выше. Основные оползнеобразующие факторы - атмосферные осадки, подземные воды, подмыв основания склона. В этой группе выделяется также 3 типа оползней:

Оползни течения наиболее распространены. Основной деформируемый горизонт атмосферными осадками, либо различного вида водами (подземными в период высокого положения уровня, техногенными и др.) приобретает текучее состояние и начинается медленное смещение пород, которое может продолжаться от нескольких суток до 1-2 месяцев. Поверхность оползней имеет бугристый характер, реже мелкоступенчатый. Размер оползней довольно различен: длина до 12-20м, ширина до 20-50м, глубина захвата смещением от 3 до 5-8м. Иногда, в аномальные годы, происходит массовая активизация оползней и границы между соседними оползнями трудно установить. На первый взгляд представляется что это единый крупный оползень, захватывающий весь склон и достигающий размеров 200-500 х 500-600 м². Такое явление наблюдается в годы с большим количеством осадков в предшествующий осенний период, с большой высотой снежного покрова к концу февраля, с медленным снеготаянием в весенний период и высоким подъемом уровня подземных вод в апреле — мае.

Оползни течения развиваются в элювиально-делювиальных, аллювиальных, озерно-аллювиальных отложениях.

Оползни проседания встречаются редко и поражают только лессовидные суглинки и супеси, для которых характерным признаком является их просадочность. Размер оползней небольшой: длина редко превышает 20-ЗОм, ширина 30-40м, глубина смещения чаще до 3-4 м, реже до 5-6м. Стенка срыва оползней обычно почти отвесная высотой 1, 5-4, 0м. Тело оползня одноступенчатое реже двухступенчатое. Ступени представляют террасы с почти горизонтальной поверхностью.

Основным оползнеобразующим фактором являются атмосферные осадки в виде затяжных дождей.

Оползни разжижения — смещение пород в виде грязевого потока, вследствие мгновенной потери прочности. Оползням этого типа подвержены только лессовидные суглинки, возможно, это связано с их макропористостью и столбчатой отдельностью. Смещение происходит быстро (1-3 минуты) и на месте оползших пород остаются лишь пустые колбы выплывания. Разжиженные породы устремляются вниз по незатронутому смещением склону и растекаются по встреченным террасам, либо по дну оврагов. Длина оползней 20-50м, ширина 10-З0м. Глубина захвата смещением не превышает 3-5м. Причиной разжижения грунтов могут быть интенсивные атмосферные осадки. Оползни часто происходят во время ливней.

Оползни II группы столь многочислены, что, несмотря на свои преимущественно небольшие размеры, поражают склоны с большей интенсивностью, нежели оползни I группы. Коэффициент площадной пораженности или в десятки раз выше, чем оползнями I группы.

Борьба • с оползнями во многих случаях оказывается чрезвычайно сложной, дорогостоящей и зачастую неэффективной. Легче оползни предотвратить, нежели бороться с начавшимся смещением. Для успешного применения противооползневых мероприятий необходимо высококачественное выполнение инженерно-геологических изысканий.

Основными факторами в образовании оползней являются следующие: предельная крутизна склонов, наличие водоносных горизонтов, подмыв основания склонов, сосредоточенная инфильтрация атмосферных осадков. На нейтрализацию воздействия этих факторов и направлены защитные мероприятия: планировка и террасирование склонов с последующим одернованием и травосеянием, устройство подпорных стенок, проходка дренажных штолен и обустройство дренажей неглубокого заложения, берегоукрепительные мероприятия и сооружения (защитные покрытия, контрбанкет, контрфорс, набережные и т.д.), водоотводные лотки-перехватчики, лотки быстротоки, каптаж источников и др., искусственное уплотнение и закрепление пород на склонах путем инъекций (цементация, силикатизация, бутумизация, глинизация).

 

Техногенные подтопления

Строительное освоение территорий и эксплуатация зданий, сооружений и других объектов, расположенных на слабопроницаемых грунтах, практически повсеместно сопровождаются накоплением влаги в толще грунтов и подъемом уровня грунтовых вод даже в тех случаях, когда до начала освоения территории грунтовые воды вообще отсутствовали. Такой процесс называется подтоплением (или техногенным подтоплением). Он возникает и развивается вследствие нарушения сложившегося природного динамического равновесия в водном балансе территории. Эти нарушения возникают в результате практической деятельности человека и на застраиваемых территориях обычно развиваются в две стадии - при строительстве и эксплуатации.

Подтопление развивается также вследствие подпора грунтовых вод при создании водохранилищ и сельскохозяйственном освоении территории с организацией поливного земледелия.

Подтопление застроенных территорий вследствие подпора при регулировании рек и орошения прилегающих земель к настоящему времени изучено достаточно хорошо, разработаны методы его прогнозирования, предупреждения и предотвращения, по этим вопросам опубликовано большое количество специальной литературы нормативного и методического характера.

В то же время техногенное подтопление получило широкое развитие лишь в последние годы, изучение его и разработка мероприятий по предотвращению далеко не завершены, весьма ограничена специальная литература, посвященная этому вопросу. Поэтому в данной работе основное внимание уделено прогнозу и предотвращению техногенного подтопления застраиваемых и застроенных территорий.

В дальнейшем с учетом укоренившейся в практике проектирования, строительства и эксплуатации терминологии процесс техногенного подтопления территорий авторами называется просто подтоплением.

Следует оговорить, что техногенное подтопление - следствие нормальной хозяйственной деятельности человека. В то же время оно чаще всего интенсифицируется там, где имеются недостатки в проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений. Поэтому своевременный прогноз подтопления осваиваемой территории и сооружение специальной системы борьбы с ним, т.е. предупредительных и защитных мероприятий, являются необходимым условием нормальной хозяйственной деятельности. Наиболее актуальными вопросы прогноза и защиты от подтопления становятся на тех участках, где природные условия благоприятствуют развитию подтопления. Такими являются участки, сложенные слабопроницаемыми и набухающими при увлажнении грунтами, слабо развитой эрозионной сетью, неглубоким залеганием водоупорных слоев с неровной кровлей, затрудненным поверхностным и особенно подземным стоком. Поэтому вопросам изучения природных (геоморфологических, геолого-гидрогеологических, инженерно-геологических) условий подлежащих освоению территорий в процессе инженерных изысканий должно уделяться большое внимание.

Основными причинами подтопления на стадии строительного освоения застраиваемых территорий являются изменение условий поверхностного стока при осуществлении вертикальной планировки (в том числе засыпки естественных дрен - оврагов и водотоков, срезка растительного покрова и др.), а также значительный разрыв во времени между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и выемках.

Основными причинами подтопления на стадии эксплуатации застроенных территорий (промышленных предприятий, городов, поселков и других объектов) являются: инфильтрация утечек технологических вод, промышленных и хозяйственно-бытовых стоков, а также поливы зеленых насаждений, изменение тепло-влажностного режима под зданиями, сооружениями и покрытиями, влияние барражного эффекта (задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).

Источники подтопления территорий промышленных предприятий, городов и населенных пунктов разделяются на естественные и искусственные.

К естественным источникам относятся атмосферные осадки (дождевые и талые воды), грунтовые воды, сток поверхностных вод с окружающих территорий, вода в парообразной форме в грунтах зоны аэрации.

К искусственным источникам относятся воды, накапливающиеся в различных искусственных понижениях рельефа, котлованах, траншеях, грунтах обратной засыпки, различные резервуары, отстойники, накопители жидких стоков и шламонакопители, гидрозолоотвалы, очистные сооружения, объекты с мокрым технологическим процессом (цехи мокрых производств, ТЭЦ и др.), водонесущие коммуникации всех видов и др.

Процесс подтопления развивается в результате воздействия различных факторов или их комбинаций. Факторы подтопления подразделяются на активные и пассивные.

Активные факторы непосредственно вызывают обводнение грунтов и в свою очередь подразделяются на естественные и искусственные.

К естественным активным факторам относят процессы конденсации и концентрации влаги под сооружениями и покрытиями, а также в грунтах обратных засыпок, инфильтрация талых и ливневых вод.

Искусственные активные факторы включают инфильтрацию поверхностных вод из искусственных выработок, а также обвалованных или перегороженных насыпями территорий, инфильтрацию из водонесущих коммуникаций, водопотребляющих цехов предприятий, накопителей, отстойников, водовмещающих емкостей, а также подпор грунтовых вод вследствие устройства водохранилищ, прудов, отстойников, гидротехнических сооружений, инфильтрацию поливных вод.

Пассивные факторы подразделяются на естественные и искусственные.

Естественные факторы объединяют природные, климатические, геоморфологические, геолого-литологические, гидрографические и гидрогеологические условия территории.

К искусственным факторам относят нарушение поверхностного стока из-за отсутствия вертикальной планировки или изменения естественного рельефа.

На сегодняшний день разработаны и используются следующие методы борьбы с подтоплениями:

-- надлежащая организация и ускорение стока поверхностных вод;

-- искусственное повышение планировочных отметок территории;

-- устройство защитной гидроизоляции заглубленных сооружений, конструкций и подземных коммуникаций;

-- сооружение профилактических пристенных, пластовых и сопутствующих дренажей;

-- прокладка профилактических вентиляционных каналов в основаниях подземных сооружений;

-- тщательное выполнение работ по строительству водонесущих коммуникаций и правильную их эксплуатацию с целью предотвращения постоянных и аварийных утечек;

-- надлежащую организацию складирования отходов производства;

-- создание противофильтрационных экранов в основании накопителей и завес вокруг них;

-- сооружение перехватывающих подземный поток дренажей.

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: