Природные геологические и инженерно-геологические процессы и явления
Природные геологические процессы являются результатом геологической работы воды, льда, ветра, гравитации. Все геологические процессы, которые оказывают влияние на инженерные сооружения (на выбор конструкции и тип фундамента, на выбор способа производства работ) и, соответственно, влияние инженерных сооружений на существующую геологическую обстановку изучает наука геодинамика. Необходимо не только ознакомиться с ходом геологических процессов, но и акцентировать внимание на профилактике и экстренных мерах по борьбе с ними.
Особое внимание следует обратить на гравитационные явления на склонах (оползни, обвалы), имеющие, как правило, катастрофический характер. Необходимо иметь представление о классификации оползней, об основных факторах и поводах для их возникновения, мероприятиях по борьбе с ними. Эти знания могут правильно прогнозировать вероятность возникновения оползней в конкретных условиях природного склона или искусственного откоса.
Следует знать, что исключительную роль играют подземные воды в возникновении таких геологических процессов, как суффозия, карст, плывунность и просадки лессовых пород. Необходимо уяснить, что воздействие гидродинамического давления потока подземных вод на природные склоны, борта карьеров и откосы котлованов не только уменьшает их устойчивость, но и в определенных случаях приводит к суффозии – механическому выносу потоком подземных вод мелких частиц, образованию пустот, вследствие чего еще более нарушается устойчивость склона.
При изучении карста – процесса химического растворения горных пород и образования пустот – надо особое внимание обратить на условия, факторы и различную скорость развития этого процесса в карбонатных, сульфатных и соляных (галоидных) породах. Следует ознакомиться и с методами оценки устойчивости территорий в карстовых районах. Необходимо разобраться в природе плывучего состояния песчаных и глиняных грунтов. Важно уяснить роль гидродинамического давления в формировании ложных плывунов, состава грунта и биогенного фактора в образовании истинных плывунов. При изучении просадочных лессовых пород наряду с выяснением природы этого явления следует особое внимание обратить на их развитие при различных видах обводнения пород, возведения сооружений, строительных работах и хозяйственном использовании территорий. Необходимо ознакомиться с основными направлениями по борьбе с просадочностью лессовых пород (предварительное замачивание, обжиг, силикатизация, механическое уплотнение и другие).
Надо рассмотреть как процессы, связанные с сезонным промерзанием и оттаиванием, так и специфические процессы и явления (наледи, пучение, солифлюкция, термокарст, мари и другие), характерные для районов развития многолетней мерзлоты. Необходимо ознакомиться с особенностями строительства в этих районах.
Выветривание горных пород и строительных материалов. Геологическая деятельность ветра. Геологическая деятельность атмосферных осадков (образование наносов, оврагов, селей, снежных лавин). Геологическая деятельность рек, морей, озер, болот и водохранилищ. Классификация болот и их характеристика. Геологическая деятельность ледников. Движение горных пород на склонах рельефа местности (осыпи, обвалы, оползни, курумы). Карстовые и суффозионные процессы. Мерзлотные процессы. Прогноз, оценка и выбор мероприятий, устраняющих негативное влияние на строительство природных процессов и явлений.
1.4.2. Инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления
Инженерно-геологические (антропогенные) процессы связаны с инженерной деятельностью человека. Примером могут служить: деформации искусственных откосов, сдвижение горных пород над горными выработками, уплотнение пород в основании сооружений, просадочные явления в лессах, вследствие утечек воды из водопроводов и т.д. Следует четко усвоить, что для нормальной эксплуатации и сохранности сооружений необходим правильный количественный прогноз возможности развития инженерно-геологических процессов и что недоучет влияния этих процессов крайне опасен и очень часто вызывает разрушение сооружений. Студенту необходимо ознакомиться с существующими современными мероприятиями, исключающими или уменьшающими вредные воздействия инженерно-геологических процессов при строительстве и эксплуатации различных сооружений.
Процессы и явления в основании инженерных сооружений и искусственных склонах.Плывуны (истинные и ложные). Лессы и связанные с ними просадочные явления.Деформации над подземными горными выработками.
1. Виды выветривания горных пород. Значение выветриваемых горных пород для практики строительства.
2. Охарактеризуйте мероприятия, необходимые для защиты горных пород от выветривания.
3. Как называются несмещенныепродукты выветривания, накапливающиеся на выровненных поверхностях и на водоразделах?
4. Как называются рыхлые отложения на склонах долин гор и их подножий, образующихся в результате перемещения и отложения продуктов выветривания горных пород на более низкие участки под влиянием силы тяжести и смыва дождевыми водами?
5. Как называется ветровой снос рыхлых продуктов в результате механической силы ветра?
6. В чем заключается геологическая деятельность рек? Как образуются речные долины? Виды аллювиальных отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.
7. В чем заключается геологическая работа волн, возникающих на поверхности воды? Виды морских отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.
8. Объясните геологическую деятельность ледников. Как образуются ледниковые отложения? Виды ледниковых отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.
9. Причины возникновения болот, условия строительства.
10. Назовите причины возникновения карстового процесса, какие проявления карста вы знаете?
11. Что такое суффозия, ее проявления и меры борьбы.
12. Назовите причины возникновений оползней.
13. Как называется явление, связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения?
14. Как называется участок земной поверхности, подвергшийся деформации горных пород, залегающих непосредственно над горной выработкой?
15. Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется специальными СНиП и СН. По каким принципам осуществляется строительство в этих районах?
16. Уплотнение пород в основании сооружений. Мероприятия по улучшению прочностных свойств слабых грунтов.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник
IV. Природные геологические и инженерно-геологические процессы и явления
Сегодня влияние производственной деятельности человека на геологическую среду по своим масштабам достигло значений соизмеримых с природными геологическими процессами. Пример, – Мехико > 800 тыс.м 3 /год нефть, газ (город постепенно проваливается).
Следует различать процессы и явления. Процессы это деятельность поверхностных и подземных вод, гравитации, внутренних сил в горных породах, ветра, внутренних процессов земли, t, деятельность человека. Эти процессы проявляются в виде явлений: поднятие берегов, оврагообразование, заболачивание, карст, просадки, эрозия, обвалы и оползни, осадки и провалы, сейсмические явления и пр.
Но главным является тектоника, которая контролирует подавляющее число процессов и, следовательно, явлений. Поднятие участка земли приводит к активизации процессов разрушения, при опускании поверхности активизируется аккумуляция (накопление) осадков. Все стремится к равновесию, затуханию.
4.1. Экзогенные процессы и вызванные ими явления
4.1.1 Выветривание
Начнем мы с выветривания – универсального процесса, который идет всегда и везде. На поверхности суши все горные породы медленно изменяются и разрушаются, под влиянием колебаний t, химического воздействия воды, кислорода, СО2 атмосферы, органических веществ, выделяемых растениями и животными. Все многообразие изменений называется выветриванием. Различают три типа выветривания – физическое и химическое и биологическое.
Физическое – состоит в распаде минералов и пород на обломки без изменения их химического состава.
Выделяют: Механическое выветривание – замерзание воды в трещинах (морозное выветривание), механическая сила ветра и удары песчинок.
Температурное выветривание – суточные и сезонные перепады температуры.
Все минералы имеют разные теплопроводные свойства. Начинают проявляться сжимающие и растягивающие силы. Образование микротрещин. Растрескивание и образование обломков. Потом они измельчаются. Наиболее сильно проявляется в горах, в пустынях.
Химическое – проникает глубоко. Порода изменяется до неузнаваемости. Большая часть минералов разлагается и превращается в другие, большей частью в глинистые.
Главные факторы – свободный кислород, СО2, органические вещества и особенно вода. Основные химические реакции, протекающие при химическом выветривании – окисление, карбонатизация, гидролиз, гидратация.
Окисление – (присоединение кислорода). Пирит FeS2+О2+Н2О= сульфат железа + серная киcлота.
Карбонатизация – отнятие углекислотой оснований от минералов с образованием солей угольной кислоты (т.е. карбонатов).
Гидролиз – гидроксил–ион воды (ОН — ) отнимает от минералов металлы, на место которых становится ион водорода. Пример, разложение полевых шпатов:
Гидратация – присоединение к минералам молекул воды.
Ангидрит CaSO4+2H2O = CaSO4·2H2O (гипс), увеличение V на 30 % !
Биологическое выветривание сочетает в себе черты механического и химического выветривания. К механическому выветриванию можно отнести, например, разрушение горных пород корнями растений или моллюсками-сверлильщиками. Различные роющие животные и насекомые улучшают вентилируемость почвы, что способствует процессам выветривания на более глубоких горизонтах.
К химическому выветриванию следует отнести процессы жизнедеятельности лишайников, мхов и других растений способных извлекать различные элементы со значительных глубин, до 40–50 м., и концентрировать их в своей биомассе.
Часть разреза горных пород, в которой породы сильно изменены, называется корой выветривания. А эти новообразованные породы, оставшиеся на месте, называются элювиальными отложениями.
Неизмененные или слабоизмененные породы – «материнские».
В наше время – в северных и средних широтах, где происходит физическое выветривание – образуется грубообломочный элювий (щебень, дресва, пески). В тропических широтах преобладает химическое и биологическое выветривание, образуются глины, дисперсные породы. В геологической истории существовали периоды с таким жарким и влажным климатом. Урал – типичный, уникальный регион, где развита древняя кора выветривания. В мезозое и палеогене были периоды, когда господствовал влажный тропический и субтропический климат. Это были периоды мощного корообразования. В результате на месте горных пород образовался элювий (глинистые породы), мощности которых составили первые десятки метров eMz.
В зависимости от преобладающих минералов, образовавшихся в результате выветривания, различают профили – гидрослюдистый, каолинитовый, монтмориллонитовый.
Разные породы имеют разную устойчивость к выветриванию. Наиболее устойчивы к выветриванию плутонические (интрузивные) породы, в первую очередь кислые – граниты, затем диориты (средние), пироксениты, габбро, наиболее слабые ультраосновные. Наиболее хорошо выветриваются – эффузивные и метаморфические горные породы (особенно сланцы).
Останец – отдельно возвышающаяся скала, оставшаяся при выветривании благодаря локальному развитию более крепких разностей пород – «Каменные палатки» на Шарташе, (рис 21), «Чертово городище» (ри. 22).
Рис. 21 Каменные палатки (фото с сайта http://virlib.eunnet.net/Ekaterinburg)
Рис. 22 Чертово городище (фото с сайта http://mad-ptah.com)
Самые мощные коры выветривания наблюдаются по тектоническим нарушениям и, особенно на контакте карбонатных пород с другими.
На Урале коры выветривания развиты на Восточном склоне, с ними связаны полезные ископаемые – золото, редкие металлы; строительные полезные ископаемые – глины кирпичные, каолиниты и пр.
Коры выветривания – надежные основания для строительства за счет остаточных связей в минералах. Быстро теряют свои свойства при промерзании-оттаивании и при обводнении.
Глины в зоне выветривания:
– раскрытие существующих и образование новых трещин,
– разрыхление, следовательно, увеличение пористости,
– появление новых минералов.
Таким образом, ухудшение физико-механических свойств грунтов в зоне выветривания, что, в свою очередь, приводит к уменьшению сопротивления сдвигу и увеличению сжимаемости. Поэтому важно – не допускать простоя котлованов.
Отрицательное свойство – набухание при замачивании монтмориллонитовых глин.
– покрытие горных пород непроницаемыми для агентов выветривания материалами,
– пропитывание пород различными веществами (жидкое стекло, гудрон, цемент) для устойчивости,
– нейтрализация (соль) – дорогой метод,
– планировка территории – отвод воды.
Источник