Основы общей и инженерной геологии. Лекции

      Строительство на заболоченных участках, которые занимают 10 % страны. Два негативных фактора – высокий уровень грунтовых вод с выходом их на поверхность и низкая несущая способность болотных отложений, а также их высокая сжимаемость и неоднородность. Расчетное сопротивление торфяников составляет R=0,1-0,5 кгс/см², т.е. доли кг. Болотные отложения способны выдавливаться из-под фундаментов. Основные способы строительства: 1) сваи, 2) песчано-гравийные подушки, 3) песчаные сваи для армирования и ускорения консолидации нагруженных оснований (с песчаными подушками). 

6.4. Сезонная и вечная  мерзлота. Явления,  связанные с промерзанием  и оттаиванием   грунтов.

    Грунты, имеющие отрицательную температуру, называются мерзлыми. Их изучает мерзлотоведение (геокриология). Сезонное промерзание в России – повсеместное явление. Глубина промерзания Н_пром – от долей м до 3-4 м.  В Ставропольском крае нормативная глубина промерзания Н_пром=0,8 м, в Бурятии – до 3,6 м. Почему? Н_пром зависит от климата, растительного и снежного покрова, экспозиции склона, состава и влажности пород (сухие пески промерзают до 3-4м).

      Вечная (многолетняя) мерзлота в России – 57%, на Земном шаре – 20% суши. Н_в.м. до 1-2,6 км (побережье моря Лаптевых). В Воркуте – 100 м, в Якутске – 185 м. Но есть талики – под крупными реками (Обь и др.) и озерами. Температура  вечной мерзлоты – в Якутии – 8-10^оС, ниже – повышается до 0^о, в Антарктиде – 17^о. в Воркуте – около 0^оС.  Вечная мерзлота сплошной, с таликами и островной (в южной части зоны вечной мерзлоты). Происхождение вечной мерзлоты: 1) реликтовая (со времени последнего ледникового периода, т.е. 10 тыс. лет, голоцен), 2) дефицит тепла, т.к. среднегодовая температура воздуха ниже 0^о. Строение вечной мерзлоты в разрезе (по вертикали): 1) сливающаяся, и 2) несливающаяся.

      По  физическому состоянию мерзлые грунты могут быть: 1) твердомерзлые (низкотемпературные), 2) пластичномерзлые (суглинки и глины около 0^о), 3) сухая (сыпучая) мерзлота – пески, при отрицательной температуре и не сцементированные льдом.

Явления, связанные с промерзанием и оттаиванием грунтов:

     1. Морозное пучение – увеличение объема при промерзании грунтов за счет расширения льда и (!) подтока воды к фронту промерзания. Пучиноопасные грунты – супеси, пылеватые пески, пылеватые суглинки.

     2. Термокарст – понижения (впадины) до 5 м за счет таяния льда.

     3. Наледи на реках и ручьях, когда вода выходит на поверхность или в подвалы домов, при промерзании грунта и отжатия грунтовых вод в сторону.

     4. Ледяные бугры - булгуняхи (якут.) высотой до 30 м, внутри их лед за счет многолетнего притока грунтовых вод.

     5. Солифлюкция (аналог селям в южных горн районах) – течение (сплыв) грунта по склону при угле более 7-10^о.

     Строительство на мерзлых грунтах и в зоне вечной мерзлоты:

     1. Сохранение вечной мерзлоты (продухи в подвалах),

     2. Предстроительное оттаивание котлованов (в т.ч. паром, любым способом),

     3. Сваи.

     4. Осушение грунтов, чтобы не было пучения.

     5. Замена пучиноопасных грунтов на песчано-гравийные подушки. 

6.5. Геологическая деятельность  снега, льда и  ледников. 

      Снег  является геологическим фактором большой  важности. В зимнее время он покрывает  большую часть нашей страны. Роль снега: 1- питает влагой почву, 2 – питает реки, 3 – питает грунтовые воды, 4 – является хорошим термоизолятором, уменьшает глубину промерзания, 5 – влияет на климат, растительный и животный мир.  На склонах гор таяние снега вызывает снос продуктов выветривания и образует делювий.

      Ледники на поверхности Земли занимают 11 %, их объем 50 млн. км³. Если растопить Антарктиду, уровень океана поднимется на 40 м, а если Гренландию, то на 2 м. Ледниками занимается гляциология (glacies – по латыни лед). На поверхности Земли, даже в Африке, существует снеговая линия,  выше которой происходит накопление снега и льда. Выше ее поступление твердых осадков превышает их расход. Сезонные колебания снеговой линии зависят от широты местности. В умеренном поясе – 1,5-3 км, на экваторе – до 6 км и более, в Альпах – 2,4 км, Кавказ – западный –2,7 км, восточный – 3,6 км.

      Ледники образуются от смерзания  и уплотнения больших масс  снега под влиянием давления  вышележащих масс. Сначала образуется  рыхлый, зернистый лед – фирн (фирновые поля), который уплотняясь переходит в кристаллический, глетчерный лед – ледник. Накопление ледников в областях питания (на материковых плоскогорьях и в долинах) рано или поздно приводит к его растеканию из-за пластических свойств льда под давлением.

     Типы ледников: материковые – Антарктида с толщиной льда Н=4,2 км, Гренландия - Н=2,4 км, Шпицберген; горные – альпийский и скандинавский типы ледника зависят от рельефа. Пластическое (ламинарное) течение льда пропорционально 3-й степени наклона поверхности и 4-й степени толщины ледника. Скорость ледников изменяется десятками и сотнями м/год, иногда 40 м/сутки. Движение ледника больше в центральной части, меньше – у боков и дна. Покровные материковые ледники сползают в океан, образуя айсберги. В горных долинах и ущельях образуются долинные, языковые ледники, которые выпахивают корытообразные долины – троги (Альпы, Кавказ).

          Ледниковые (гляциальные) отложения.  Разрушительная, транспортирующая и аккумулирующая деятельность ледников. Лед при Н=100 м давит на основание (ложе) Р=92 т/м², или 9,2 кгс/см².Под давлением лед становится пластичным материалом, захватывает обломки пород по дну и с боков. Этот мат-л называется мореной. Выделяют виды морен: 1) поверхностная (бок и срединная) морена, 2) внутренняя, 3) донная, 4) конечная в виде валов. Состав морен зависит от материнских пород.  Могут быть валуны, галька, гравий, песок, суглинок, глина. В Европейской части России (как и в целом на Земле) за последние 500 тыс. лет  было выделено три ледниковых периода, между которыми были потепления климата (межледниковья). Каждое оледенение оставило свою морену. Очень мощное 2-е, т.н. днепровское оледенение достигло по Днепру Днепропетровска, а по Дону - Воронежа. Мощность льда над Москвой достигла 2-3 км.

      Причины оледенений не ясны: 1) тектоническая активность (стало больше суши и континентальней климат),  2) космические причины (изменение солнечной активности), 3) гипотеза химика Аррениуса об уменьшении СО₂, который создает парниковый эффект. Последнее оледенение отступило 12-15 тыс. лет назад. Периоды похолоданий отмечаются (по моренам) на всех континентах – в Индии, Австралии, Южной Америке. Ледник принес в Европейскую часть России валунные суглинки М=40-50 м, очень плотные. Их в Ленинградской области три горизонта, смесь всех пород региона.

          Таяние ледников дает флювиогляциальные  отложения (fi-gl): 1) озы – гравийно-галечниковые валы Н=25-50 м, L=до нескольких км, 2) камы – песчаные холмы Н=до100 м, 3) зандры – песчано-гравийные поля. В ледниковых озерах образовались ленточные глины – тонкослоистое (мм-ое) чередование слойков темной глины (зимой) и светлых летних супесчаных слойков. В некоторых озерах Скандинавии ученые насчитали тысячи слойков, т.е. тысячи лет их накопления (надо также изучить Кравцово озеро).

     Во внеледниковой, перигляциальной области, где в период оледенений были полярные сухие безжизненные пустыни, накапливались толщи эоловых лессовых пород – лессы и лессовидные суглинки, глины.