4.1.8 Карстовые и суффозионные процессы
Наличие трещиноватости в растворимых горных породах.
Движение воды и ее минерализация. Наиболее сильно растворяет породы слабоминерализованная вода и содержащая свободную углекислоту.
По химическому составу пород различают: карбонатный (известняки, реже доломиты), сульфатный (гипс и ангидрит), соляной (галит и сильвин).
Наиболее растворимы соли, затем гипсы , труднее растворяются известняки.
На интенсивность процесса влияет низкая минерализация, повышенная температура и скорость движения воды, крупность зерен в породе и ее трещиноватость.
Различают карст наземный и подземный.
Наземные формы карста:
Карры – мелкие борозды и гребни на обнаженных поверхностях карстующихся пород.
Воронки – углубления различных форм и размеров (поверхностные и провальные). Наиболее распространенные поверхностные формы карста. Воронки бывают весьма разнообразны: от пологих и мелких до крутосклонных (рис 37). Диаметр воронок редко превышает 50 м., а глубина – 15–20 м.
Блюдца и западины представляют собой мелкие карстовые воронки с пологими бортами.
Поноры – узкие глубокие отверстия, наклонные или вертикальные, поглощающие поверхностную воду и отводящие её вглубь карстового массива. Поноры возникают на узлах пересечения трещин при дальнейшем развитии карста.
Колодцы и шахты – вертикальные или наклонные карстовые формы, уходящие в глубину на десятки и сотни метров. Они образуются при дальнейшем развитии поноров. Известны шахты глубиной до 1100 м.
Рис 37 Карстовая воронка, Пермский край (фото с сайта http://perm-kray.ru
Слепые долины рек заканчиваются не впадением в другой водоем, а карстовыми воронками и понорами, в которых вода уходит под землю. В отличие от них, полуслепые долины сохранили хорошо различимый отрезок долины ниже поноры, называемый суходолом.
Башенный карст – одна из последних стадий развития поверхностного карста, при которой подавляющая часть горных пород растворена и вынесена, а самые прочные блоки сохраняются в виде огромных отдельных останцов. Башенный карст характерен для жаркого влажного климата Юго-Восточной Азии.
Подземные формы карста
Пещеры – естественные подземные полости. Большие помещения называются залами, поменьше – гротами. Ходы, заполненные водой – сифонами.
В сильно закарстованных районах наблюдается несколько этажей пещер.
Важное значение имеет степень активности карстового процесса. Различают действующий карст, который развивается в современных условиях и пассивный или древний карст, у которого формы заполнены делювиально-пролювиальным материалом, задернованы. При изменении базиса коррозии (обычно уровень ближайшей реки) и других причин пассивный карст может перейти в действующий. Нижний предел развития карста называется базисом коррозии (рис. 38).
Понижение уровня базиса коррозии вызывает понижение уровня грунтовых вод, старая пещера становится осушенной, а новая формируется ниже.
Рис. 38 Зоны карстового массива в известняках
I– зона развития карста;II– зона цементации; УГВ – уровень грунтовых вод
Пещеры могут формироваться в любых карстующихся породах, однако наиболее характерны для областей развития мощных карбонатных толщ.
Самая протяженная соляная пещера находится в Иране. Её протяженность составляет 6,5 км. Она состоит из пещер «Трое обнаженных» и «Погружение», которые по результатам топографической съёмки 2005 г. оказались соединяющимися в единую систему.
Самой глубокой пещерой в мире является пещера Воронья (Крубера) в Абхазии. На настоящий момент её установленная глубина превышает 2040 м.
Кунгурская пещера – длина 4,6 км.
Наиболее крупной пещерой является Мамонтова пещера в Северной Америке – длина всех проходов и галерей 240 км (несколько озер, река и т.д.).
Просачивающаяся по трещинам вода сильно минерализована. При её попадании в большие пространства и соприкосновении с воздухом она либо теряет часть растворенной углекислоты и высаживает карбонат при карстовании известняков, либо испаряется и высаживает гипсы при развитии карста по сульфатам. При минусовых температурах натечные образования слагаются льдом. В разрезе все натечные образования (например, сталактиты) зональны, что позволяет читать историю их образования. Так, значительное осушение пещеры и временное прекращение или сильное замедление роста будет отражаться в виде более плотных и шероховатых корочек.
В зависимости от своего положения в пещере и формы, натечные образования подразделяются:
Сталактиты – выросшие на своде пещеры из просачивающейся воды. Иногда можно наблюдать ряды сталактитов, маркирующие трещину в потолке.
Сталагмиты – выросшие на полу из капающей сверху воды. Так как упавшая капля воды растекается по сталактиту, они обычно более короткие и широкие по сравнению со сталактитами. Обычно растут непосредственно под сталактитами (рис39).
Сталагматы – вертикальные колонны. Образуются из доросших до пола сталактитов или из соединившихся и сросшихся сталактита и сталагмита.
Рис. 39 Сталактиты и сталагмиты (© B.Merkel,2003www.geo.tu-freiberg.de/hydro/impressions.html)
Анемолит – сталактит или сталагмит, отклоненный от вертикального положения односторонним испарением вод, вызванным циркуляцией воздуха в пещере.
Гуры – наплывы на полу пещеры, похожие на оплывший стеарин.
Завесы образуются при равномерном просачивании воды через трещину в потолке, благодаря чему имеют практически постоянную толщину.
Недоучет карстовых процессов в инженерно-строительной деятельности может привести к серьезным последствиям: 1) просадке и провалам жилых зданий над подземными полостями; 2) деформациям железнодорожного или автомобильного полотна; 3) значительной утечке воды из водохранилищ; 4) поступлению грунтовых вод в подземные выработки через карстовые полости.
При строительстве в карстовых районах необходимо осуществлять ряд мер, направленных на повышение устойчивости и прочности пород и на прекращение развития карстовых форм.
Строительство на целиках, свайные фундаменты.
Повышение устойчивости и прочности пород – предотвращение доступа воды к карстующимся породам (нагнетание в трещины жидкого стекла, глинистого или цементного раствора).
Прекращение развития карстовых форм – гидроизоляция поверхности жирной глиной, сооружение дренажных систем, откачки, регулирование стоков (ливнеотводы).
При проектировании предусматриваются комплексные инженерно-геологические изыскания согласно СП 11.105.97 ч.II, включающие геофизические методы (электроразведка), позволяющие определить формы подземного карста.
Карстовые районы по степени устойчивости согласно СНиП делятся на 5 категорий:
– весьма неустойчивые (в год образуется 5–10 воронок на 1 квадратный км). Может достигать 100 и более (300–350), например с. Бабки (Чусовая – Кама);
– средней устойчивости – 1 воронка за 1 – 20 лет;
– устойчивые – 1 воронка за 20–30 лет;
– весьма устойчивые – свежих провалов не зарегистрировано за последние 50 лет.
Суффозия – вымывание мельчайших нерастворимых частиц грунта подземными водами. Это явление часто приводит к образованию суффозионных воронок.
Условия возникновения: неоднородность гранулометрического состава и появление критического гидростатического напора более 5.
Меры: уменьшение скорости и градиента потока, дренаж, отвод вод.
В городских условиях может провоцироваться хозяйственной деятельностью человека; например, протечками из труб, изменением направления грунтовых вод из-за строительства, подземными коммуникациями.
Геологическая опасность карста и суффозии – образование различных по положению и форме пустот и провалов.
Процессу карстообразования подвержены осадочные породы: известняки и доломиты, гипс, каменная соль.
Суффозии подвержены обломочные грунты неоднородного состава.
Понижение базиса эрозии приводит к активизации процессов.
Инженерно-геологические исследования производится в соответствии СП11.105.97 ч.II.
При строительстве основой всех мероприятий, направленных на прекращение развития карста и суффозии является прекращение фильтрации воды.
Применять свайные фундаменты, специальные конструктивные решения и строительство на целиках.
Источник
Опасные природные процессы в инженерно-геологических изысканиях: карст, оползни, морозное пучение грунтов и подтопление.
В инженерно-геологической практике специалисты выявляют, описывают и анализируют опасные природные процессы и явления при строительстве и во время эксплуатации дорог, зданий, сооружений. В этой статье мы расскажем о самых распространенных из них.
Карст — это процесс, при котором горные породы растворяются, и в них образуются пустоты, разрушение, меняется структура и состояние.
Интересный факт: именно в карстовых районах исчезают реки. К примеру, рекаНеретва уходит под землю четыре раза.
Карстовые процессы могут происходить очень глубоко под землей. Самые глубокие случаи отмечены в Средней Азии — до 1300 м.
В карстовых районах трудно строить трассы и аэродромы. Из-за пустот прочность и устойчивость пород снижается. Карстовые пустоты способствуют осадкам и провалам поверхности земли. Это становится причиной того, что многие конструкции на объектах разрушаются.
При инженерно-геологических изысканиях в таких районах необходимо:
установить, есть ли там карстовые процессы; если в основаниях будущих конструкций обнаружены породы с карстовым процессом, необходимо определить тип карста. Он бывает активный, то есть действующий или пассивный, то есть тот, который прекратил свое развитие.
Производить инженерно-геологические работы на карстовых участках нелегко. Их проводят и по площади, и по глубине. Буровые скважины не показывают степень пустотности грунтовых массивов. Для полной картины необходимы геофизические методы разведки.
В результате изысканий определяется степень закарстованности участка и прогнозируется развитие карста.
Инженерная геология изучает оползневые процессы с незапамятных времен. Ещё в древней Руси в XII веке киевские князья строили каменные подпорные стенки для защиты церквей, расположенных на склонах Днепра.
Оползни — это процесс смещение горных пород со склонов, бортов карьеров, строительных выемок из-за веса грунта или объемных сил с поверхности земли.
Инженер, встретив оползень, заинтересован в предупреждении его разрушительных последствий. Бороться с оползнями можно двумя способами: пассивно и активно.
В первом случае – это профилактика: нельзя осуществлять подрезку и перегрузку склонов, сбрасывать поверхностные воды на склоны и так далее.
Чтобы бороться с оползнями нужна инженерная защита, то есть подпорные стенки, сваи-шпонки, контрбанкеты.
Оползневые процессы — это опасное природное явление, которое требует большого объема инженерно-геологических изыскательских работ, во время которых устанавливают площадь, мощность оползневого тела, тип и характер поверхности скольжения. Исследования отмечают в инженерно-геологической карте и разрезах.
Морозное пучение грунтов
Морозное пучение — самый распространенный опасный природный процесс на территории РФ. Деформация фундаментов, выдавленные столбы, валуны на полях – это его последствия.
Процесс пучения грунтов чаще всего развивается там, где происходит сезонное промерзание с глинистыми и пылеватыми грунтами. Вода, содержащаяся в породе, замерзает и увеличивается в объеме на десять процентов. Сила, которая при этом возникает очень велика и заставляет грунт пучиться. Если фундамент расположен на поверхности грунта, дом поднимается полностью, либо частично. Для построек из кирпича, газосиликатовили пеноблоков подобные подвижки чреваты появлением трещин, а через несколько лет и полным разрушением.
Для выявления морозного пучения заказывают инженерные изыскания для строительства.
Подтопление
Подтопление — процесс, при котором подземные воды превышают критический уровень.
Уровень грунтовых вод при своей норме имеет определенную отметку. Как только меняются геологические условия, уровень грунтовых вод также может сильно изменится. К примеру, в зимнее время во время таяние снега высвобождается влага и просачивается в грунт, из-за чего уровень грунтовых вод становится выше. Во время строительства на этапе возведения фундамента учитывают не только технические особенности будущих конструкций, но и погодные условия, сезонные колебания грунтовых вод и многое другое.
Глубина до уровня подземных вод в зависимости от категории земель различается. Участок считают подтопленным, если уровень вод достигает 4 метров для городской черты и 0,6 метра для пашни.
Подтопление способствуют оползням, карсту и другим природным процессам. В лессовых породах происходят просадки, в глинах — набухание. Причины подтопления могут быть совершенно разные, но чаще всего они связаны с человеческой деятельностью. Из-за различных техногенных факторов уровни грунтовых вод поднимаются более чем на 15 метров.
Проведение инженерных изысканий позволит заранее спланировать мероприятия по предотвращению подтопления и других опасных природных процессов.
Выбирайте нужного подрядчика в Mygeo.pro – площадке для изыскателей, проектировщиков и специалистов смежных профессий.
Вы еще не стали частью нас?
Источник