Предмет и задачи инженерной геологии

ign:justify">БОРЬБА с  неблагоприятными явлениями.

 

1. Волноотбойные  стенки криволинейной формы и облицованы бетоном или магматическими породами. Они отбрасывают волну.

2. Укрепление пляжа позволяет защитить  берег от разрушения.

--  Запрещается разработка пляжной зоны с целью извлечения

 пород как строительного  материала.

--  буны  сооружаются под углом или перпендикулярно берегу

    для   сдерживания   перемещения   обломков   вдоль    берега

--   волноломы  возводят   параллельно   берегу  на расстоянии

     30-40м     для снижения скорости волн.

-- тетраподы гасят волну и способствуют накоплению осадков.

 

Все эти сооружения требуют  постоянного ремонта и восстановления, так как  море их активно    разрушает.

Озера и водохранилища

 

Берега озер разрушаются  медленнее. Строение берегов зависит  от слагающих пород и структур. У озер активно формируется пляжная  зона.

 

Особенности водохранилищ.

 

---в первые 2-3 года активно формируются берега, поскольку водохранилище вырабатывает новый профиль равновесия.

Через 10-15 лет   наступает    динамическое        равновесие.

---образуются пляжные  зоны, оползни, обвалы.

---Вокруг  водохранилищ   возникает  подпор  грунтовых   вод, заболачивание, карст, суффозия, просадочные деформации

 

Изыскания  при устройстве водохранилищ сопровождаются

прогнозом подпора грунтовых  вод.

 

ПРИМЕР.  Краснодарское  водохранилище :

-- подпор распространился  на 35 км

--фильтрация через глубокие  водоносные горизонты и через  гидрогеологические окна проникает  в  верхние водоносные горизонты  и подтапливает территорию г.  Краснодара. Перед Краснодаром устроен  вертикальный дренаж :  85 скважин через 100 метров

 

При изысканиях уделяют внимание следующим факторам:

-климат

-морфология, литология дна

-гидрология 

-новейшие тектонические  движения

-режим ветра

-режимные наблюдения  за аккумуляцией и разрушением

-аэрофотосъемка с интервалом  в несколько лет

-геофизика для тектонических  нарушений

 

Деятельность  подземных вод.

КАРСТ

 

Карст –образование пустот (каналов, пещер)   в   горных породах  под влиянием растворения и выщелачивания с    оседанием кровли, образованием озер воронок, впадин на поверхности Земли.

 

13% территории РФ поражено карстовыми явлениями

в районах  Урала, Крыма, З.Кавказа, Ср. Азии, Сибири .

Необходимые условия   проявления карста:

- тектонические   поднятия обусловливают большие скорости движения подземных вод; - особые горные породы (известняк, доломит мергель, гипс, галит).

 

Типы карста и карстовые  формы

1. Открытый  карст --   разрушенные ГП  выходят на  поверхность Земли, можно видеть борозды, желоба – кары, поверхностные воронки диаметром 1-50  м и глубиной 1- n*10м

2. Закрытый карст покрыт  мощным   слоем элювия.    Снос продуктов выветривания происходит   медленнее, чем развитие карста.Образуются пещеры,поноры (трещины,расширенные водой)

3.Среднерусский карст перекрыт нерастворимыми осадочными породами: Центр Европейской части РФ, известняки.

 

Скорость  развития карста зависит от факторов:

1)    растворимости горных пород, состава и минерализации вод.

Известняки практически нерастворимы (0,0013 г/л), но разрушаются в пять раз  быстрее с увеличением концентрации    SO₄.  При больших концентрациях СО₂ в воде  кальцит переходит в соединение Са(НСОз)₂ с растворимостью до >1 г/л

выщелачивание - это извлечение одного или нескольких компонентов из твердых тел водным раствором, содержащим  щелочь, кислоту или другой реагент. Обычно выщелачивание сопровождается химической реакцией  с переводом компонента    в растворимую в воде форму.

2) скорость движения подземных вод особенно возрастает в тектонически нарушенных зонах, расчлененном рельефе. Вблизи крутых склонов   скорость движения подземных вод достигает 200—1000 м/сут; трещиноватость возрастает в     замках     антиклиналей, вблизи: сбросов и способствует быстрому движению воды.

 

3)   рельеф местности:

- на  водораздельных пространствах  образуются   колодцы и провалы,  от них  круто вглубь уходят  карстовые ходы.

-  у подножия склонов выходят  наружу горизонтальные ходы в  виде пещер, сформированных в   системе трещин.

 

На развитие карста можно  повлиять. Для этого нужно знать природные механизмы его угасания.

 

Случаи  угасания   карста:

а) повышение базиса эрозии;                                                                    

 

б) замедление или  прекращение    поступления воды  в  карстовые  полости  при   накоплении  остатков  нерастворившихся   пород (пещерная глина), обрушении пород (карстовая брекчия), образовании на   поверхности    мощного    слоя  элювия,  делювия   и     осадков карстовых озер;

 

 в) залечивание карста при изменении температуры, давления и выпадении растворенных веществ в осадок с образованием СаСОз, SiO₂*nH2O, CaSO₄*2H₂O,  Fe₂O₃*nH2O.

 

Принцип инженерно-геологического изучения карста - комплексность.

Изыскания включают изучение

а) климата, гидрологии, рельефа, растительности   

б) геологии, гидрогеологии,

в) состояния инженерных сооружений (в связи с карстом).

Применение геофизических методов.

Электроразведка устанавливает   :

-  глубину скрытых отложениями  карстовых  воронок

- участков с разными Кф; уровень подземных вод,

  объемы и структуру  трещинноватости;         

 

Строительство и эксплуатация ПГС  как правило, активизирует карстовые процессы.

 

МЕРЫ_сдерживания_карста

АКТИВНЫЕ

--засыпка карстовых   воронок  на осваиваемой   территории,

--тампонирование        или         обрушение              полостей 

--отвод     агрессивных     подземных    и поверхностных  вод,    

  блокирование   потока   водонепроницаемыми     экранами,

--изменение        водного     баланса    карста         дренажем  

 

ПАССИВНЫЕ  МЕРЫ

- На опасных участках не  строят.   Дороги укрепляют  продольными и поперечными    ж/б балками.  В особо опасных участках  устраивают  сигнализацию  светофорами.

 

СУФФОЗИЯ

Суффозией называют: Механический вынос  мельчайших частиц потоком подземных  вод из массива грунтов с образованием     воронок, оседания  поверхности  земли.

suffodio (лат.) - подкапывать. Растворение играет подчиненную роль, оно лишь  освобождает зерна породы и разрыхляет ее, благодаря чему увеличиваются скорость фильтрации .

 

Суфффозия проявляется в мелких песках  с зернами карбонатов или песчаниках  со слабым карбонатным (глинистым) цементом.

Суффозия развивается сравнительно медленно (годы, десятки лет) и  отрицательно сказывается на устойчивости зданий и сооружений.

 

Условия возникновения  механической суффозии:

1)  определенный гранулометрический  состав   и     структура  песка  D/d=20

2)  при значительном гидравлическом  градиенте, I>3 на   крутом    берегу реки, при быстром спаде паводкового уровня реки, в основании плотин, утечке ливневой канализации дороги.

3) контакте слоев (Кф1/Кф2>2), например  лесс/известняк, песок.

 

Пример    контактной    суффозии:

Ростов-на-Дону лёссовые грунты, залегающие  на известняках:  пустоты достигают  нескольких метров в диаметре,  вызывают провалы поверхности земли с повреждением зданий и подземных коммуникаций.

 

Техногенная суффозия  формируется  в городах над трубопроводами: оседания и провалы дорог.

 

Как исследуется  суффозия, например в лессах

 

При ИГ-изучении суффозии в глинах и лёссах выясняют:

а)какие породы и в каких местах легко теряют прочность при увлажнении и вымывании солей

б) грансостав и структуру грунта

в)за счет каких источников и по каким путям может осуществляться турбулентное движение воды через размытую породу. 

 

Борьба с  суффозией

- регулированием поверхностного  стока   атмосферных вод и 

- гидроизоляцией поверхности земли; 

- перекрытием места выхода подземных  вод тампонированием;

- устройством дренажей для осушения пород

-уменьшением скорости фильтрации  воды;

-упрочнением ослабленных суффозией  грунтов методами цементации, глинизации  и т.д.

 

 

 

 

ПЛЫВУНЫ

К       плывунам          относят водонасыщенные    рыхлые породы,   преимущественно пылеватые и мелкие  пески, которые при динамическом воздействии          (вскрытии котлованами       и   горными выработками)  разжижаются       и ведут себя подобно вязкой жидкости.

 

Выделяют плывуны ложные и истинные. Ложные плывуны (К_ф 1-2 м/сут) приходят в движение под действием высокого гидравлического напора потоков подземных вод на морских и речных побережьях. Формируются зыбучие пески. Ложные плывуны легко отдают воду и становятся плотными.

ИСТИННЫЕ плывуны. Это пески  водонасыщенные, мелкозернистые, почти пылеобразные  с примесью 10-15% глинистой фракции (<1 мк). Вокруг глинистых частиц образуется связанная вода, ослабляющая структурные связи и снижающая К_ф до 0,05-0,001 м/сут. Плывуны не отдают воду дренам и их невозможно уплотнить. При высыхании они упрочняются за счет глинистого цемента.

Техногенные плывуны  возникают  при намыве насыпей из тонкозернистого песка при недостаточно обеспеченном отводе воды. Плывуны приходят в движение в бортах и на дне котлованов    при      сотрясениях. Нередко полностью или частично заполняют выработку.

 

ПРИМЕР:

1.  Погружение бульдозера в песчаную  насыпь при включении его мотора. Внезапное разжижение вызывается  вибрацией насосов. При сейсмическом толчке в 1935 г. в Индии На  р. Ганг рухнуло 350 мостов, опоры которых  были   заложены  в водонасыщенных  песках.

***

Из-за негативного влияния плывунов строительство значительной   части  Московского Метрополитена  проводилось    только         в замороженном   грунте.

***

Ленинград. Весной в 1972 г. произошел  мощный выброс  водопесчаной смеси в тоннель метро: ст. “Лесная”-“Выборгская”  1.5-километровый участок   в течении нескольких  часов был полностью затоплен. В мае 1995 г. тоннель оседал  на 30-40 мм за несколько часов. Перегон был закрыт и затоплен навсегда.

***

Прорыв плывуна на поверхность  возможен  при интенсивном  движении поездов на участке с плывунами.

Плывуны могут быть вскрыты при  подрезке склонов во время строительства  дорог. Выходы плывунов приводят к образованию  оползней и оседаний склонов.

При строительстве 100-метрового трамплина  на Воробьевых горах в Москве был  вскрыт плывун , вызвавший оседание склона.

 

Борьба с  плывунами

 

По периферии будущих  котлованов,    до подошвы водоносного  пласта   погружают сплошной шпунт   вокруг пространства работ; понижают УГВ (этот метод успешен в ложных плывунах, в истинных применяют иглофильтры  и, часто, неуспешно); замораживают плывун, закрепляют его инъекциями  цементных  и др. реактивов.

 

Пример.Байкало-Амурская ж-д магистраль:                                                Северо-Муйский ж-д. тоннель

 

Длина тоннеля - 15,3км.Цена - 16,5 мрд.руб.

Трудились 30 тыс. человек в течение  1977 -2004 г.г.

CЛОЖНОСТИ:

- тектонический разлом с водопритоками n*100 м3/час,  давлением воды ~34 атм, t~ +45^о.  Откачано 20млн м³ водопесчаной смеси Новые решения :  комплексное водопонижение,  глубиной до 300 м;  - химическое укрепление  грунтов на большую глубину;    сейсмостойкие двухслойные обделки тоннелей;    автоматизированная система микроклимата в тоннеле;     мониторинг окружающего   массива, обделки.

 

 

Подтопление   городов

 

Подтопление - подъем уровня подземных вод  к поверхности  земли за счет неуклонного повышения  их запасов.

 

Около 30% количества атмосферных  осадков  питает грунтовые воды.

Вода в грунт поступает  за счет утечек из водонесущих коммуникаций - водопровода, канализации, теплотрасс.  В Москве - это свыше 20 тыс. км. Объем утечек из них (4 л/с*км²) в два раза превышает   природное питание подземных вод.

 

Нарушение системы естественного  дренажа

 

Эрозионная сеть в городах  засыпается грунтом, что сокращает  сток  подземных вод.

   Другая проблема - накопившаяся под асфальтом влага  не может испаряться. Доля асфальта  и застроенной земли в городах  составляет 80-90%. Ему соответствует  самый  высокий уровень влажности  почвы.

 

Последствия подтопления

 Сырость в подвалах  домов и  погребах,   плесень  на стенах подъездов,  разрушение  подземных конструкций  городских  сооружений, проседание домов. Накопление  внутрипочвенной     влаги 

в подвалах зданий. На первых этажах зданий  размножаются колонии  микроскопических грибов,  провоцирующие   различные   заболевания.