Лекция 4

Что понимается под геологическим процессом ? Это физико-химические процессы, происходящие внутри Земли или на ее поверхности и ведущие к изменению ее состава,структуры, рельефа и глубинного строения.

Традиционно все геологические процессы принято делить на две группы - эндогенные иэкзогенные . Деление это производится по месту проявления и источнику энергии этих процессов.

Эндогенные – это внутренние процессы; экзогенные – внешние, поверхностные для них источник энергии – это энергия солнца и сила тяжести (гравитационное поле Земли).

К эндогенным процессам относятся:

Магматизм (от слова магма) – процесс, с которым связано рождение, движение и превращение магмы в магматическую горную породу

Тектоника (тектонические движения) – любые механические движения земной коры – поднятия, опускания, горизонтальные перемещения и т.д.

Метаморфизм – процессы приводящие к изменению состава, строения горных пород внутри Земли при изменении физико-химических параметров в основном это Т о и Р так как при их увеличении резко возрастает активность растворов и перегретой паро-газовой фазы.

Кэкзогенным процессам относятся процессы, которые протекают на поверхности или вблизи поверхности Земли, изменяют её облик и связаны с деятельностью атмосферы, гидросферы и биосферы, а именно:

а) воздействие ветра (эоловая деятельность) – дефляция (выдувание), корразия (вытачивание), эрозия почв;

б) выветривание физическое, химическое, подводное (гальмиролиз);

в) деятельность текучих вод – речная боковая и донная эрозия, перенос материала в виде мутности, влекомых и донных наносов, а также льдом;

г) разрушающая и аккумулирующая деятельность ледников, флювиогляциальные отложения;

д) деятельность морских, океанских и подземных вод;

е) обвалы, осыпи, оползни, сели.

Для всех экзогенных процессов в их деятельности проявляется три особенности.

Первая – в определенных условиях они ведут разрушительную работу и удаляют продукты разрушения, при этом идет формирование отрицательных (пониженных) форм рельефа и происходит общее понижение рельефа и сглаживание поверхности суши (пенипленизация). Процесс разрушения и удаление продуктов разрушения получил название – денудация. Этот процесс очень важный, т.к. он все время обнажает на поверхности все более глубокие части земной коры.

Вторая характерная особенность в деятельности экзогенных процессов проявляется в том, что в других условиях они ведут созидательную деятельность – аккумуляцию, которая приводит к накоплению продуктов разрушения и образованию геологических тел. Между этими двумя сторонами деятельности проявляется третья , а именно осуществляется перенос продуктов разрушения.

Каждый геологический процесс (эндогенный, экзогенный) в конечном итоге приводит к каким-то изменениям, которые не проходят бесследно, а в чем-то фиксируются. Важнейшими геологическими документами, в которых зафиксированы результаты деятельности процессов являются: минералы, горные породы, геологические тела, газовые и водные смеси, физические поля. Это те реальные объекты (или документы), которые мы видим и исследуем.

Минерал – это природное химическое соединение или отдельные химические элементы, возникшие в результате различных физико-химических процессов, происходящих в Земле и на ёё поверхности. Каждый минерал обладает более или менее постоянным составом, формой и физико-химическими свойствами. Горные породы состоят из минералов.

Горная порода – это природная ассоциация (совокупность) минералов определенного происхождения, слагающие геологические тела.

Геологическое тело – некоторый объем внутри или на поверхности, сложенный горной породой и имеющий резкие границы с другими геологическими телами, например, пласт, кварцевая жила. Из геологических тел состоит земная кора, и на геологических картах показываются выходы (границы) геологических тел.

Вопросы для самоконтроля

Дайте определение геологии как науки и перечислите основные объекты ее изучения

Назовите главные научные направления в изучении литосферы

Перечислите эндогенные и экзогенные процессы и их главные признаки

Что такое «денудация» и какими процессами она обусловлена?

Геологические процессы делятся на экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние).

Экзогенные процессы вызываются энергией, получаемой Землей от Солнца, притяжением Солнца и Луны, вращением Земли вокруг своей оси, действием силы тяжести.

Эндогенные процессы обусловлены энергией недр Земли. Экзогенные процессы приводят к выравниванию форм рельефа местности. Под влиянием температур, под действием ветра, воды, морского прибоя, ледников происходит разрушение горных пород и перенос их в пониженные участки земной поверхности, главным образом в моря и океаны.

Экзогенные процессы происходят на земной поверхности и в верхних частях земной коры в результате её взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой. Эти процессы производят разрушительную и созидательную работу. Разрушительное действие оказывают процессы выветривания и денудации.

6 Способы изучения геолог процессов, результаты

Геологические методы исследований – при геологических исследованиях изучаются главным образом верхние горизонты земной коры непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных – горных выработках (закопушках, канавах, шурфах, карьерах, шахтах, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяются главным образом геофизические методы. Объектами геологических исследований являются:

природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы и др.), в частности их строение и состав;

расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;

различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;

причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли в целом.

Система геологических методов исследований

Геологические исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах и др.), таким образом проводятся полевые исследования. Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.

Обязательным элементом полевых работ геолога является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений.

Все геологические процессы делятся на экзогенные (внешние) в эндогенные (внутренние). Экзогенные геологические процессы происходят в результате воздействия внешних оболочек земли (гидросферы и атмосферы) на земную кору и охватывают ее поверхностные части. Они обнаруживают связь с внешними, в частности, климатическими условиями и обычно подчиняются климатической зональности. По своей направленности экзогенные процессы подразделяется на денудационные и аккумулятивные, однако между собой неразрывно связаны, как, например, связаны явления смыва, Размыва и оврагообразования с процессами накопления делювия, овражного аллювия, отложений конусов выноса и т.д. Обычно достаточно точно выделяются части территории, в одних из которых превалируют денудационные процессы и процессы, их подновляющие, тогда как в других сосредоточены главным образом процессы аккумуляции и литификации осадков. Подобное разгра ничение позволяет выделить особенности геодинамической обстановки и состояние и свойства горных пород покровной толщи изучаемой территории. Экзогенные геологические процессы возникают в результате геологической работы поверхностных вод, подземных вод и атмосферы. Одни из них обязаны своим развитием в основном поверхностным водам (явления смыва и размыва, оврагообразования и т. д.), другие - подземным водам (карст, фильтрационное разрушение горных пород), третьи - атмосфере (ветровая коррозия горных пород, процессы развевания и навевания - движущиеся пески). Некоторые экзогенные процессы возникают в результате совместных действий подземных и поверхностных вод (например, оползни) или подземных вод и атмосферы (выветривание горных пород, разнообразные виды объемных деформаций почво-грунтов). По этому принципу выделяются естественные группы экзогенных геологических процессов. Экзогенные геологические процессы поддаются с различной степенью эффективности инженерному управлению, например, путем вертикальной планировки территории, регулирования подземного и поверхностного стока, режима влажности и температурного режима горных пород. Эндогенные геологические процессы возникают под действием внутренней энергии, выделяемой землей. Из числа эндогенных Геологических процессов, определяющих в наибольшей степени геодинамическую обстановку месторождения, наибольший интерес представляют сейсмические процессы, неотектонические движения земной коры и явления геотермии. Эндогенные геологические процессы не поддаются инженерному управлению, поэтому строительство и эксплуатация горных предприятий в зонах продления этих процессов основывается на их прогнозировании и создании падежных, приспособленных к данной геодинамнческой обстановке инженерных конструкций, а также технологических схем и методов разработки полезных ископаемых. Таким образом, современные геологические процессы и горногеологические явления в совокупности определяют геодинамическую обстановку производства горных работ. Геодинамическая 0бстановка характеризуется состоянием геофизических полей, Пронизывающих геологическую среду (полей напряжений и деформаций, геотермического, гидрогеодинамического) и горногеологических явлений.

Раздел инженерной геологии, в котором рассматриваются современные геологические процессы и горно-геологические явления с позиции их влияния на условия разработки месторождений полезных ископаемых, называется инженерной геодинамикой . Основными задачами геодинамики являются: 1) изучение современных геологических процессов с целью определения их влияния на устойчивость, надежность и долговечность горнотехнических сооружений; 2) прогноз изменений геодинамической обстановки района производства горных работ; 3) обоснование защитных инженерных мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение горных работ, рациональное использование недр и охрану окружающей среды. Перечисленные задачи решаются путем детального изучения структуры массива пород и его геодинамического состояния с широким привлечением методов инженерной петрографии (грунтоведения), натурного и модельного экспериментирования и механики структурированных сред.

34 Эндогенные процессы – это геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах Земли. К эндогенным процессам относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород, сейсмическая активность. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация).

Тектонические процессы бывают медленными и быстрыми, медленные в свою очередь разделяются на радиальные или колебательные и тангенциальные.Рассмотрим каждый вид в отдельности. Медленные колебательные тектонические движения: эти движения могут быть восходящими или нисходящими. Особенностью этих движений, которая отличает их от остальных видов эндогенных процессов, является то, что они могут быть очень значительными по масштабам и продолжительности. Могут охватывать своим влиянием очень крупные территории и определять тем самым их наиболее важные инженерно-геологические условия на очень длительное время. Важной особенностью этого вида тектонических движений является также то, что они могут вызывать и способствовать развитию определенных видов экзогенных процессов, явлений. В результате этих видов движений отдельные крупные участки земной коры на протяжении многих столетий поднимаются, а другие опускаются со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год.

Инженерно-геологическое значение огромно, ведь от них зависит положение границы между морем и сушей, интенсивность размытия берегов волнами моря, то есть процессами абразии, образование крупных оползней и другие явления. Эти процессы необходимо учитывать в первую очередь при строительстве городов у моря, гидротехнических сооружений, плотин, мелиоративных сооружений. Для наблюдения за такими явлениями создаются специальные наблюдательные станции, которые используют геодезические измерения очень высокой точности. Медленные тангенциальные тектонические движения: их делят на пликативные или складкообразовательные и дизъюнктивные или разрывные. Наличие подобных дислокаций усложняет инженерно-геологические условия строительных площадок, в частности нарушается однородность грунтов в основаниях сооружений, образуются зоны дробления, снижается прочность грунтов, по трещинам разрывов периодически происходят смещения, а также циркулируют подземные воды. При крутом падении грунтов фундамент сооружения может располагаться одновременно на различных по свойствам грунтах, что нередко приводит к деформации сооружения. Также негативные последствия могут иметь расположения сооружений на линии разлома. Для строительных целей наиболее благоприятными условиями является горизонтальное залегание слоев, большая их мощность, однородность состава, отсутствие разрывов, в таких случаях сооружение получает наибольшую устойчивость, так как есть предпосылки для равномерной сжимаемости пластов или их уплотнения под всем сооружением.Быстрые тектонические движения: землетрясения являются наиболее катастрофическими, они могут быть очень значительными по масштабам и по продолжительности, и определять таким образом инженерно-геологические условия крупных территорий, однако, в отличие от медленных, они происходят не постоянно, а периодически Причем они могут проявлять очень высокую активность, которая может оказывать катастрофическое влияние на инженерно-геологические условия, здания, людей, животных. Особенностью землетрясений является также то, что они могут быть вызваны не только природными процессами, но и иногда деятельностью человека, в частности различными взрывами. В инженерной геологии землетрясения оцениваются по их силе, то есть по тому воздействию, которое они оказывают на поверхность земли, на рельеф, здания, людей, животных. В России для оценки силы землетрясения принята двенадцатибальная шкала Меркалли. За землетрясениями ведут постоянное наблюдение, в том числе при помощи приборов-сейсмографов, на основании многолетних наблюдений и их статистической обработки составлены карты землетрясений, с разделениями территорий на участки по максимальной силе землетрясений, которая там когда-либо наблюдалась, в соответствии с этими картами вся земная поверхность разделена на зоны: сейсмические, асейсмические, пенесейсмические. К сейсмическим относят районы с силой землетрясения от 7 баллов и выше, асейсмические - землетрясений нет вообще, пенесейсмические - районы, в которых землетрясения бывают редко и не превышают по силе 6 баллов. Землетрясения способствуют развитию опасных экзогенных процессов, таких как: оползни, обвалы, осыпи и другие. При проведении строительных работ в сейсмических районах выполняется сейсмическое микрорайонирование. Оно заключается в корректировке баллов по сейсмической карта с учетом конкретных инженерно-геологических условий той или иной строительной площадки. Это необходимо делать потому, что баллы сейсмических карт дают только некоторые усредненные характеристики условий районы и не отражают конкретных условий локальной строительной площадки. В связи с этим, данные баллы подлежат уточнению на основе детальных инженерно-геологических исследований строительной площадки, которые необходимо производить до начала проектных работ. В результате таких уточнений происходит увеличение исходных баллов по сейсмической карте на единицу для участков, сложенных рыхлыми породами, и их уменьшение на единицу для участков, сложенных прочными скальными породами. Породы промежуточных категорий могут сохранить без изменений свою исходную балльность, такая корректировка баллов справедлива в основном для равнинных районов, для горных районов надо учитывать и другие факторы, в первую очередь такими факторами являются рельеф, склонность к оползням и обвалам.

35,37. Стало ясным, что Тектонические движения весьма разнообразны как по форме проявления, так и по глубине зарождения, а также, очевидно, по механизму и причинам возникновения. По др. принципу Тектонические движения были разделены ещё М. В. Ломоносовым на медленные (вековые) и быстрые .

Быстрые движения связаны с землетрясениями и, как правило, отличаются высокой скоростью, на несколько порядков превышающей скорость медленных движений. Смещения земной поверхности во время землетрясений составляют несколько м, иногда более 10 м. Однако такие смещения проявляются эпизодически и в сумме дают эффект, не намного превышающий эффект медленных движений.

Современные колебательные движения - это медленное воздымание или опускание отдельных блоков с разными скоростями и величиной перемещений. Наибольшее поднятие установлено на Аляске. Здесь на горе, на высоте 1500 м, обнаружены раковины современных моллюсков. Изучение таких движений проводится с помощью повторного нивелирования по одним и тем же профилям. Это дает возможность определить скорость движения данного участка.Современные движения земной коры по виду и темпу подразделяют на несколько типов: медленные или вековые движения отдельных участков земной коры, развивающиеся на протяжении, по крайней мере нескольких столетий; сейсмические колебания - толчки различной силы и длительности, особенно интенсивные и частые в орогенических областях, но охватывающие и области платформ; периодические колебания, связанные с гравитационным воздействием окружающих Землю космических тел, прежде всего Луны и Солнца (Лунно-Солнечные приливы); сложные колебания поверхности Земли, связанные с сезонными изменениями метеорологических условий. Поля тектонических напряжений в настоящее время связывают с первым из указанных типов движений.

Современные медленные движения земной коры имеют вертикальные и горизонтальные составляющие, скорости которых различны и зависят, главным образом, от тектонического типа региона, строения и местоположения участка земной коры. Данные непосредственных измерений и наблюдений в нашей стране и за рубежом свидетельствуют о приуроченности высоких горизонтальных напряжений к зонам тектонических поднятий земной коры, причём уровень горизонтальных напряжений тем выше, чем выше скорость поднятий. Поскольку районам поднимающихся блоков литосферы свойственна повышенная сейсмичность, между степенью тектонической напряжённости и сейсмичностью существует тесная связь. Медленные движения земной коры, направленные вниз, неизбежно должны сменяться движениями вверх, и наоборот. Они охватывают всю земную кору. Такие радиальные движения находят подтверждение во многих геологических явлениях. Медленные тангенциальные движения земной коры распространены не менее широко, и их существование тоже не вызывает сомнений.

36. Складчатые и разрывные дислокации пластов. Земная кора обладает различной подвижностью. На поверхности Земли постоянно возникают горные системы и океанические впадины. Осадочные породы первоначально залегают горизонтально. Тектонические движения (сейсмические явления, землетрясения, вулканизм) выводят пласты из горизонтального положения, нарушают первичную форму залегания. Эти нарушения получили название дислокации (или вторичные формы залегания). Дислокации в зависимости от вида тектонических движений разделяют на складчатые (не разрывные) и разрывные. Складчатые дислокации формируются без разрыва сплошности слоев. К ним относятся моноклиналь, складка и антиклиналь.

Моноклиналь – наиболее простая форма связанных тектонических нарушений в слоистых горных породах, связанная с наклонным залеганием слоев, которые однообразно падают в одном направлении (от 5 и более градусов).

Флексура – моноклинальное и горизонтальное залегание слоев нарушается коленообразным изгибом, обусловленным возведением на породы тангенциальных тектонических сил.

Складки – тектонические нарушения представляют собой волнообразные изгибы слоев горных пород, среди которых выделяют выпуклые (антиклинали – замок расположен вверху, крылья – внизу) и вогнутые (синклинали – замок расположен внизу. А крылья – вверху). Разрывные дислокации образуются в результате интенсивных тектонических движений, сопровождающиеся разрывом сплошности пород и смещением слоев относительно друг друга. Амплитуда смещения может быть от нескольких сантиметров до километров при ширине трещин до нескольких метров. К разрывным дислокациям относятся сбросы, взбросы, грабены, горсты, сдвиги и надвиги.

Сбросы – разрывные нарушения, когда подвижная часть земной коры опустилась вниз по отношению к неподвижной.

Взброс – разрывное нарушение, когда подвижная часть земной коры поднялась в результате тектонического движения по отношению к неподвижной.

Грабен – когда подвижный участок земной коры опустился по отношению к двум неподвижным участкам в результате тектонического движения.

Горст – обратное грабену движение. Сдвиг – представляет собой разрывное нарушение, в котором происходит горизонтальное смещение горных пород по простиранию.

Надвиг – обратное сдвигу перемещение.

С инженерно-геологической точки зрения наиболее благоприятными местами строительства являются горизонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность, однородность состава. Фундаменты зданий и сооружений располагаются в однородной грунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весом сооружения и создается наибольшая их устойчивость. Наличие дислокации резко изменяет и усложняет инженерно-геологические условия строительства – нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разрывы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения, нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтов и деформацию самого сооружения вследствие неравномерной осадки различных его частей.

38. Суть и инженерно-геологические основы микросейсмического районирования Сейсмические (от греч. «сейсмос» - колебание) процессы возникают в результате разрядки внутренних напряжений Земли. Они относятся к категории наиболее опасных геологических процессов. На поверхности земной коры сейсмические процессы проявляются в виде землетрясений (на суше) и моретрясений (на дне океанов). Землетрясения – внезапные подземные толчки и быстрые упругие колебания земной поверхности. По происхождению различают землетрясения вулканические, связанные с извержением вулканов, денудационные (обвальные и провальные), техногенные, возникающие в результате подземных взрывов и других видов деятельности человека. Однако наиболее распространенными и разрушительными являются тектонические (95% всех землетрясений в мире), связанные с внутренней энергией Земли. Наука, которая всесторонне изучает землетрясения, называется сейсмологией. Основной объем наблюдений выполняется на сейсмических станциях, оснащенных весьма чувствительными приборами для записи колебаний грунта – сейсмографами. Землетрясения исключительно опасны не только прямым воздействием, но негативными последствиями в виде оползней, обвалов, снежных лавин, селей, цунами и других неблагоприятных процессов. Сейсмическое микрорайонирование основано на уточнении (корректировка на 1 – 2 балла) данных ОСР (общего сейсмического районирования) на конкретных застраиваемых территорий. Корректировка балльности производится в зависимости от грунтовых, геоморфологических и тектонических условий участка предполагаемого строительства. Повышают на 1 – 2 балльность при строительстве на участках с сильно расчлененным рельефом, на берегах рек и склонах оврагов, в местах развития опасных геологических процессов (карста, оползней и др.) при высоком залегании уровня грунтовых вод. Карст (нем. Karst) (карстовые явления) , явления связанные с растворением природными водами горных пород (гипса, каменной соли и др.). Карст характеризуется комплексом подземных (пещеры, полости, ходы, естественные колодцы) и поверхностных (воронки и др.)форм рельефа, своеобразием циркуляции и режима подземных вод, речной сети и озер. Крайне опасны участки вблизи тектонических разрывов. Повышают балльность и при строительстве на рыхлых песках и водонасыщенных глинистых грунтах. Наиболее благоприятные грунты при строительстве в сейсмических районах – прочные скальные, крупнообломочные с небольшим содержанием песчано – глинистого заполнителя и многолетнемерзлые в твердомерзлом состоянии. На строительных площадках, сложенных этими грунтами, балльность снижают на 1 балл в сравнении с балльностью, указанной на сейсмических картах. В равнинных и холмистых районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, сейсмичность площадки строительствауточняют с помощью таблицы № 1. (СНиП 11 – 7 – 81*, изд. 2000г.)

39. Выветривание - процесс разрушения и химического изменения горных пород вследствие перепадов температуры, химического и механического воздействия атмосферы, воды и живых организмов. Это совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры. Происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и живых организмов на горные породы. Если горные породы длительное время находятся вблизи от поверхности или непосредственно на поверхности Земли, то в результате их преобразований образуется кора выветривания. В процессе выветривания различные промежуточные и конечные продукты разложения могут растворяться и выноситься приповерхностными водами. Их миграция осуществляется в виде взвесей, коллоидных и истинных растворов. Механическое выветривание . При механическом выветривании, раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, льда, ветра под влиянием силы тяжести и других причин.

Химическое выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объем их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания являются атмо­сферная и грунтовая вода, свободные кислород и угле­кислота, растворенные в воде органические и некоторые минераль­ные кислоты. К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает одновременно с механиче­ским раздроблением.

Физическое (морозное) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание в районах с континентальным климатом, где отмечается существенная разница суточных и сезонных температур. Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.)

• установление возраста, строения, мощности и состава коры выветривания выделение в ней ослабленных зон;
• оценка скорости выветривания разных пород в различных условиях];
• оценка выветрелости пород на разных участках и в частях разреза коры выветривания

Выветривание , более активное в свежеобнаженных горных породах, сократит срок длительной устой­чивости их в откосах каналов и карьеров, в выемках железных шос­сейных дорог, в стенках подземных горных выработок. Это обстоятельство обязывает при инженерно-геологических изыс­каниях изучать все геологические процессы, происходящие на иссле­дуемой территории, независимо от того, катастрофический или нека­тастрофический характер развития они имеют.

40. В процессе фильтр вода соверш разрушит рабо­ту. Из пород вымыв составляющ их частицы. Это сопро­вож оседанием поверхн земли, образован провалов, воронок и т. д.. Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, назыв суффозией (от лат. подкапывание). Явлен, связан с выщелачив-ем горн пород (известня­ков, доломитов, гипса и т. д.) и образов при этом пустот (ка­налов, пещер и др.), сопровож-ся различ провалами земной поверхн, получ названкарстовый процесс или карст . Для карстового процесса главн явл раствор пород и вынос из них вещ-в в растворен­ виде. Оч важным услов развит карста явл степень во­допрониц пород. Чем более водопрониц порода, тем интенсив развив процесс растворен. Наил услов в этом отношен создаются в трещинов породах, особенно при налич трещин шир не менее 1 мм, так как это обеспеч свобод циркуляц воды. Суффозия и карст отриц сказыв на устойчив зданий и сооруж, что вынуждает активно бороться с ней. При этом использ следующ способы: 1. Прорезка фундам-и зданий слоя суффозионного гр. 2. Прекращ фильтр воды в суффозион слое различ способами (дрениров длля осуш пород, их водозащитой или гидроизоляц и др.) 3. Упрочнение ослаблен суффозией гр их цементацией, силикатизацией, уплотнением, глинезацией и др. 4. Примен особых видов фунд-в, напр свайных или отсыпка грунтовых подушек из песка и др. Выбор того или иного приема строительства завис от геологич строения площадки, типа и вида гр оснований, конструкц объекта и технич возможност строит организ. Обвалы. Это резкое обруш кр масс гор пород с их опрокидыв и дроблен. Обвалы возник на крутых склонах (более 45-50 град) и обрывах ест. форм рельефа (склоны речных долин, ущелья, побережья морей), а также в строител котлованах, траншеях, карьерах. При кр обвалах, как это бывает в горах, масса обломков устремл вниз по склону, увлекая за собой попутный рых материал, падает в долины, разруш здания, дороги, засып русла рек. Наиб. часто обвалы быв связ с трещинов пород, избыточ увлажнен пород, землетряс и др. В бол случ обвалы проявл в периоды дождей, таяния снега, весенних оттепелей. На участках, где возмож кр обвалы, строит провод опасно. Борьба с мал обвалами обыч сводит к предупрежд их возникнов. Одним из наибол распространен способов, как и в случ с лавинами, явл искусствен обрушен склонов при помощи взрывов небольш мощн или путем забивки клиньев в трещ обвалоопасн породы. Способ «клинования» более предпочтит т. к. он безопаснее взрывного, ибо неверно расчит по силе взрыв может сам вызвать кр обвал. Оползни. Это скользящ смещ гор пород на склонах под действ гравитации и при участии поверхност или подземн вод. Они разруш здания и сооруж на самих склонах и ниже их. Борьба с оползнями во многих случ явл чрезвыч сложной, дорогостоящ и зачастую не эффек. Противооползнев мероприят подразд на 2 вида: 1. Активные, способ воздейств на основн прич оползня путем полного пересеч или некот ослаблен ее действ, в частности, снятие перенапряж грунтов толщи за счет разгрузки любого вида. 2. Пассивные, направлен на закреплен гр люб способами. Осыпи. На крутых склонах, особенно в гор районах, где развиты скал породы, активно действ процессы физич выветрив. породы растрескив и обломки скатыв вниз по склонам до места, где склон выпокаживается. Этот процесс назыв осыпанием. Мощность осыпей у подножья склонов различ и колебл от нескольк м до десятков м. Осыпи значит ослож строит. Обломоч материал засып сооруж, полезн площадки. С небольш щебен. осыпями борьба вед довольно простыми сп-ми, кот свод к уборке той части обломоч материала, кот располож выше сооруж по склону. Этот сп-б достаточно трудоемок. Из инж-х сооруж для борьбы с осыпями примен соскальзывающ осыпи, устраив галереи и тоннели для дорог. На особо опасных участках организ службу наблюден.

41 . В районах вечной мерзлоты наблюд ряд явлен, связан­ с резкими изменен t воздуха и гор пород. Их назыв морозн явлен. К ним от­носят пучение, образование наледей, термокарста, солифлюкцион процессы, марей и т. д. Пучением назыв увелич объема глин и пылеватых пород, а иногда и мелких песков при промерзан деятельного слоя. Это выраж в поднятии поверхн земли. При неравномер­ поднятии возник небольш бугры. Пучение явл след­ств появлен в породах кристаллов, линз и прослоев льда за счет имеющейся в них воды или вследств притяг влаги к промерзающ участкам со стороны грунтов вод или из сильно увлажнен пород. Процесс пучения может протек в течение одной зимы (сезон­ное пучение) или ряда лет (многолетнее пучение). Сезон пучение связ с породами деятельн слоя, а многолетн, кроме того, со слоями, залегающ ниже зоны сезон промерзания. Все виды пучения могут быть прич поврежд сооруже­н. Деформац зданий проявл как в период пучения гр, так и при их оттаивании, всл-ие неравномер осадки. В процессе пучения часто возник кр бугры пучения. Их формиров протек ряд лет и объясн 2 прич: 1. промерзанием надмерзлотной воды и образов значител кол-ва льда в деятел слое. 2. напором воды и грунтов массы, кот подним снизу и вспучив верх­ние мерзлые пласты пород. Бугры, образовав за счет внедр воды, назыв гидролакколитами. Такие многолет бугры пучения по высоте мог достиг де­сятков м. После протаивания льдистого ядра на месте бугров образ западины, озера. Поднимающ бугры пучения вызы­в значител разруш сооруж, располож на их поверхн. Наледи . В зимн время по мере промерз деятел слоя уменьш сечен талого слоя. Это привод к возникнов напора воды и появлен трещ в мерзлых породах, ч/з кот вода выбрасыв на поверхн, где и замер. За счет притока воды из глубины кол-во льда может длител время нарастать: это грунтов наледи. Кроме того, при глуб промерз рек образ реч наледи. Вода вылив ч/з трещ и растек по поверх льда, реки и прибреж уч-в, образуя мощ пласты слоист льда. Для строит наибол опасны грунтов наледи. Вода мо­жет проник в подвалы зданий, подзем каналы и при замерз разруш их. Наледи наруш нормал эксплуат транспорт коммуникаций. Термокарст . Это процесс вытаивания подземн льда в резул измен температурного режима, например при потеплен климата. В резуль образ полости, возник осадки по­верхн и даже провальные формы рельефа. На склонах возник оплывины, особен в подошве мерзлых пород вследств их оттаивания в теплое время года. Оттаявший грунт медлен течет по кровле мерзлого слоя под действ силы тяжести, создавая потоки, сплывы, террасовидные уступы и т. д. Это явлен назыв солифлюкцией. Основ прич этого процесса это переход пород в текучую консистенцию вследств переувлажнен при оттаивании. Движ талых, водонасыщ масс гр при уклоне 2-5° имеет хар-р вязкого течен, захватывающ больш площади скло­нов, но на небольш глуб 0,2-0,5 м. При уклонах поверх­ности 7-10° уже образ сплывы, близкие по хар-ру к оползням. Часто смещения происход по небольш ложбинам, образуя так называемые земляные потоки. Солифлюкционные про­цессы способствуют развитию осыпей, курумов и т. п. Мари представ собой заболочен низинные уч, воз­никающ при оттаивании верхнего слоя мерзлой породы. В основании марей леж мерзлый гр. На этих болотах разви­в кочки, медлен нараст слой мало разложивш торфа. При проектиров на вечномерзлых породах рекоменд предусматрив возможность строит-ва по следующ вари­антам: 1. Без учета вечномерзлого состоян грунтов, т. е. строить как на талых породах (скальные и полускальные породы без кр включ льда и др пород, кот при оттаивании не дают осадки). 2. С сохранен вечномерзлого состоян гр в течение всего периода эксплуат сооружен (строят неотаплив помещ, либо приним меры, исключающ поступлен теп­ла в мерзлый грунт); метод целесообразен при сильно льдистых породах, дающих при оттаивании недопустимо большую осадку. 3. С допущ оттаивания мерзл гр при строител и эксплуат сооруж, конструк кот приспособ к восприят значит и неравномерн осадков (обломоч породы, не выдавливающ из-под фундаментов). 4. С предпостроечным оттаиванием и упрочнен гр еще до возвед фундамен. Этот м-д наиб целесообразен при налич сыпуче-мерзлых пород со значител включен льда, а также на уч с несплошным распростр мерзлых пород. Для уплотнен и отвода воды из оттаявшего гр примен трамбование, дренажи, электросушение и т. д. От пучения гр примен общее осуш территор, уве­лич нагрузки на фундамент, противопучинные обратные засып­ки, например, галькой, отделенной от гр в стенках котлована дощатыми огражден, электрохимич обработк гр введен в него хлористого кальция и т. д. От наледей успешно примен мерзлотные пояса в виде канав глубин в 3/4 мощн деятел слоя. Породы под откосами и дном канав промерз и созд препятств для движ грун­товых вод. Наледи при этом могут возник лишь за пределами защища сооруж. Против речных наледей вдоль берега отсып земляные валы. Несм на приним меры, здания и сооруж в облас­ти вечной мерзлоты нередко получ деформации. Прич де­формаций-неравномерные осадки всл-вие оттаивания гр и реже пучение. Только тщат выполн всех видов изыскательских, проектн и строител работ, а также правил эксплуат зданий и сооружен могут обеспеч им необ­ходим устойчив и длител существов без каких-либо существен деформаций.

42. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ - процессы, возникающие в природной обстановке под воздействием строительства и эксплуатации различных инженерных сооружений. К типичным И.-т. я. относятся: 1) при поверхностном строительстве (дорож ное, аэродромное и др.) - деформация дорожного полотка во время замерзания и оттаивания (дорожные пучины, образование колеи); 2) при глубоком (более 2 м) промышленном, гражданском, гидротехническом, железнодорожном строительстве - сжатие пород (осадки, проса.ч ка), деформация откосов (осыпи, оползни, обвалы), изменение режима грунтовых вод, выщелачивание пород; 3) при глубинном строительстве (десятки - сотня метров от поверхности земли) - проходке туннелей метро, разработке полезных ископаемых - горное давление, стреляние, запучивание выработок, сдвижение дневной поверхности, изменение режима подземных вод с прорывом их в выработки, газовыделение и т. д.).

Процессы, возникшие в результате деятельности человека, получили название инженерно-геологических (антропогенных) процессов - процессы и явления понимаются процессы и явления, возникшие в результате взаимодействия инженерных сооружений с геологической средой.Совокупность геологических и инженерно-геологических процессов и порождаемых ими явлений характеризует геодинамическую обстановку . Этот термин может быть применен в любой территории независимо от се размеров: к целому региону, имеющему народнохозяйственное значение, к району строительства крупного сооружения или непосредственно к самой строительной площадке. Инженерно-геологические процессы, так же как и геологические процессы, могут стать опасными и угрожать сохранности сооружений, если они не были своевременно учтены или если их прогноз выл дан неправильно. Для нормальной эксплуатации и сохранности сооружений необходим правильный количественный прогноз возможного развития инженерно-геологических процессов и что недоучет влияния этих процессов крайне опасен и очень часто вызывает разрушение сооружений.

45. Регион инж геол – раздел ИГ, кот заним изуч инжен-геол усл крупной территор, закономерности их формирования и распространения, а также прогноза изменений под влиянием прир биологических и инженер-геол условий. Главной задачей является прогноз изменений инженерно-геологических условий на длительный период, а также районирование территорий с одинаковыми инженерными условиями. Инженерно-геологические условия являются одинаковыми для тех территорий, которые имеют одну и ту же или близкую историю развития и строения и находятся в одних и тех же районах и климатических зонах. Региональная инженерная геология изучает закономерности формирования и распространения инженерно-геологических условий. Под инженерно-геологическими условиями территории обычно понимается совокупность геологических факторов, определяющих характер инженерно-­хозяйственного освоения территории. К ним относятся: геологическое строение (и горные породы), рельеф, гидрогеологические условия, геологические и инженерно-геологические процессы. Инженерно-геологиче­ские процессы возникают в результате деятельности человека, и поэто­му в настоящее время инженерно-геологичес­кие условия формируются не только под влиянием процессов, происхо­дящих в природе, но и в результате инженерной и хозяйственной дея­тельности человека. Сейчас уже можно говорить о взаимосвязи между инженерно-геологическими условиями и деятельностью человека. От ин­женерно-геологических условий во многом зависит инженерная и хозяй­ственная деятельность человека, а она, в свою очередь, может приве­сти к изменению инженерно-геологических условий. Такая постановка вопроса помогает лучше понять всю значимость вопросов, которыми за­нимается региональная инженерная геология. Из нее также вытекает, что одной из главных задач инженерной геологии является прогноз из­менения инженерно-геологических условий территории под влиянием деятельности человека. Инженерно-геологические условия оказываются одинаковыми на тех территориях, которые имеют одну и ту же или близкую историю геологического развития и находятся в одних и тех же природно-климатических зонах. Если сравниваемые территории имеют разную историю геологического развития или расположены в различных природно-климатических зонах, то их инженерно-геологические условия не могут быть одинаковыми, они будут разными. Отсюда следует, что понять современные инженерно-геологические условия можно только при изучении истории геологического развития интересующей нас территории, особенно в новейшее время. Региональная инженерная геология при изучении территорий должна опираться на историческую геологию. В частности, при анализе истории геологического развития территории необходимо уделять большое внимание вопросам тектоники, палеогидрогеологии, изменениям, которые происходили в новейшее время вплоть до голоцена.

В том случае, если на интересующую территорию имеются карты необходимого масштаба – геологическая, гидрогеологическая, геоморфологическая и др., а история геологического развития территории хорошо изучена, то стоящие перед региональной инженерной геологией задачи значительно облегчаются. В этом случае необходимо объединить имеющиеся сведения общегеологического характера с теми специальными сведениями, которые были получены для данной территории в двух других разделах инженерной геологии – в грунтоведении и инженерной геодинамике. Иначе говоря, в этом случае инженерно-геологические особенности и свойства горных пород, развитых на интересующей нас территории, и действующей на ней геологические процессы должны быть рассмотрены в зависимости от геологического строения рельефа, гидрогеологических и ландшафтно-климатических условий. Причем все это рассмотрение должно быть проведено в историческом плане, когда одновременно учитываются тектоника и палеоклимат, процессы денудации и аккумуляции и т.д.

Более сложные задачи возникают перед региональной инженерной геологией, когда инженерно-геологическому изучению подлежат недостаточно изученные территории, для которых отсутствуют геологические и другие карты необходимого масштаба. В этом случае инженерам геологам самим приходится проводить дополнительное геологическое изучение территории наряду с изучением своих специальных вопросов.

46. Инженерно-геологическое районирование территории проводится по комплексу геологических факторов (рельеф, строение и свойства горных пород, гидрогеологические условия, развитие современных геодинамических процессов и т.д.). На картах инженерно-геологического районирования выделяются участки по степени их пригодности для хозяйственного освоения, по устойчивости к воздействию опасных природных явлений. Такое ранжирование территорий позволяет обеспечить высокое качество и надежность создаваемых объектов, а также их оптимальное инвестирование. Глубина, до которой характеризуется поверхностная часть земной коры при инженерно-геологическом изучении, определяется глубиной проникновения в земную кору человека. В настоящее время увеличивается глубина заложения фундаментов, строительства тоннелей, карьеров при разработке полезных ископаемых, глубина шахт и других сооружений и, следовательно, увеличивается глубина региональных инженерно-геологических исследований. Можно сказать, что глубина региональных инженерно-геологических исследований определяется тем, что мы понимаем под геологической средой. При этом, конечно, исходя из того, для решения каких практических задач эти исследования проводятся. Но во всех случаях обязательно надо учитывать перспективу дальнейшего использования данной территории.

При инженерно-геологическом изучении территории помимо ранее перечисленных факторов, которые обычно называют региональными, изучают также зональные инженерно-геологические факторы. Под зональными инженерно-геологическими факторами понимают те законо­мерности развития геологических процессов и изменений состояния горных пород, залегающих в поверхностной части земной коры, которые связаны с климатом, и в первую очередь с тепло- и влагообменом поверхности изучаемой территории. Этим в основном обусловливается не только состояние пород в современной коре выветривания, но и глуби­на залегания и состав грунтовых вод, их фазовое состояние. Для учета зональных инженерно-геологических факторов необходимо знать исто­рию (развития территории в антропогене и ее современное состояние).

При инженерно-геологических исследованиях конкретных территорий является обязательные изучение как региональных факторов, яв­ляющихся ведущими, так как они определяют основные, главные инженерно-геологические особенности территории, которые создаются на протяжении всей истории ее геологического развития, так и зональных фак­торов.

При оценке какого-либо региона в связи с его народнохозяйствен­ным освоением геолог, работающий (в области инженерной геологии, должен заранее с какими геологическими процессами столкнутся на его территории строители и другие специалисты и какие изменения в характере геологических процессов будут происходить при освоении данного региона в намеченном направлении.

При разработке проектов отдельных, как правило, крупных инже­нерных сооружении возникают более конкретные задачи, которые па своей сложности не уступают первой: надо дать прогноз неблагоприят­ного воздействия на проектируемый объект геологических процессов, развитых в районе. При этом прогноз должен даваться во времени и в пространстве и предусматривать возможную интенсивность сущест­вующих и вновь возникших геологических процессов.

Лишь при наличии такого прогноза и уче­та инженерно-геологических особенностей грунтов возможны правиль­ное рациональное проектирование сооружений, их сохранность и нор­мальная эксплуатация, безопасность людей.

Гравитационные процессы на склонах: обвалы, осыпи, основы борьбы с ними. Оползни: типы, причины, меры борьбы. Карстовые процессы: причины и характер развития, опасность для инженерных сооружений. Плывуны и борьба с ними. Суффозия и условия ее возникновения. Мерзлотные процессы: глубина промерзания и глубина оттаивания. Особенности строительства на вечной мерзлоте.

Методические указания.

Любой геологический процесс оказывает влияние на строительство и эксплуатацию инженерных сооружений и должен приниматься строителями в расчет. Особое внимание необходимо уделить оползневым процессам, так как более 60% оползней, происходящих на городских территориях, вызваны инженерной деятельностью человека.

Инженерно-геологические процессы относят к геологическим процессам внешней геодинамики. Сюда включают гравитационные процессы и явления и гидродинамические.

Гравитационные процессы.

Обвалы – разрушение горных пород выветриванием с потерей сцепления на крутых склонах в связи с подработкой, землетрясением, падением и т.д.

Осыпь – накопление щебенистого кристаллического материала у подножия или на склоне за счет скатывания разрушенного материала (диаметр 2-10 см) с заполнением эрразионных канав на склонах. Длина достигает 300 – 400м. Укладывается под углом естественного откоса.

Осова – практически то же самое, что осыпь, только материал представлен мелкоизмельченным и глинистым грунтом в твердом состоянии. При замачивании грунт ползет под малым углом.

Оплывины – сползание со склонов разжиженных глинисто-земляных масс после водонасыщения (снеготаяния). Образуются при замачивании лёссов и лёссоподобных грунтов.

Плывуны – образуются за счет водонасыщеных песков, особенно с коллоидными частицами (измельченными до микронов и образующих текучую массу).

Сель – это грязекаменный поток на горных склонах.

Оползень – это отрыв и сдвижение больших масс грунта за счет сил гравитации.

Исходя из вышесказанного, обвалы, осыпи и оползни под влиянием гравитации начинают смещаться вниз по склонам рельефа, поэтому они объединяются в единую категорию процессов.

Оползень – наиболее часто встречающийся геологический процесс, весьма разрушительный для зданий и сооружений. Возникает при увеличении удельного веса грунтов на склонах за счет водонасыщения от продолжительных дождей, или при механическом нагружении склона. При этом возрастают сдвигающие усилия, а силы сцепления уменьшаются.

Борьба с оползнями во многих случаях оказывается чрезвычайно сложной, дорогостоящей и зачастую неэффективной. Для успешного применения противооползневых мероприятий необходимо высококачественное выполнение инженерно-геологических изысканий для оценки фактической степени устойчивости склона. Противооползневые мероприятия подразделяют на 2 вида:

Активные -способные воздействовать на основную причину оползня путем полного пресечения или некоторого ослабления ее действия, в частности, снятие перенапряжении грунтовой толщи за счет разгрузки любого вида.

Пассивные - направленные на повышение значимости факторов сопротивления, влияющих положительных образом на степень устойчивости, например, пригрузка, закрепление любыми способами.

Мероприятия по обеспечению охранной обстановки касаются в основном ограничений в деятельности человека в районе склона:

По земному поясу (запрещение рубки леса, корчевание и разработки участков под огороды, уничтожение кустарников, травянистого покрова);

По строительству (установление границы предельной застройки, типа и веса сооружения, замедление темпов строительства);

По земляным работам (запрещение любых разработок грунта в пассивной зоне - у подножья склона, загрузки склона в активной зоне - у бровки, увеличение крутизны откоса, вскрытие неустойчивых грунтов);

В области водного хозяйства (запрещение спуска поверхностных вод и поливов, содержание в порядке водоотводящих и осушительных устройств, водопроводно-канализационной систем, разделки ям, трещин, установление уровней и темпов сработки вод, омывающих откос);

По динамическим воздействиям (запрещение применение взрывных работ, забивки свай, работы транспортных средств).

Геологические процессы подземных вод.

В процессе фильтрации подземные воды совершают разрушительную работу. Причиной таких явлений считается возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды.

Процесс выноса частиц породы на поверхность вызывает оседание поверхности после образования подземных полостей и называется суффозией. Горные породы, подверженные суффозии, водонасыщены и возможность выноса отдельных частиц определяется их размерами, минералогическим составом, скоростью фильтрации движущейся воды и величиной гидродинамического давления. Так как процесс суффозии заключается в переносе мелких частиц породы через поры между крупными частицами, то большое значение имеет размер пор. Суффозия может происходить в глубине массива горных пород или вблизи поверхности.

Другое явление, связанное с выщелачиванием горных пород и образованием при этом пустот, сопровождающихся различными провалами земной поверхности, получило название карстовый процесс или карст.

Для карстового процесса главным является растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде. Возникновение и развитие карста обусловлено способностью пород к полному растворению, наличием проточной воды и степенью ее минерализации, геологическим строением участка, рельефом местности, трещиноватостью пород, характером растительности, климатом и.т.д.

Из всех пород наиболее растворимыми водой являются соли, гипсы с ангидритами и известняки.

Одним из главных факторов карстообразования является действие воды, если она не обладает повышенной минерализацией. Наиболее, сильно растворяет породы слабоминерализованная вода, а так же водные растворы, содержащие свободную углекислоту. В этом случае растворяющее действие воды увеличивается во много раз. Растворению способствует повышенная температура и движение воды.

К поверхностным карстовым формам относят:

Карры, шрамы, небольшие углубления в виде борозд до 1 -2м;

Поноры - вертикальные или наклонные отверстия, уходящие в глубину и поглощающие поверхностные воды;

Карстовые воронки, колодцы, шахты.

К подземным карстам относят каналы и пещеры. Большое разнообразие карстовых форм наблюдается в горных районах известкового плато Крыма, Кавказа, Карпат, Альп и др.

При оценке степени закарстованности массива важно знать историко-геологическое развитие района. Формирование крупных карстовых форм начинается с поступления воды в трещины массивных или слоистых пород, где движение воды размывает породы и вырабатывает свободные полости. После этого процессы растворения сменяются процессами эрозии.

В результате размыва и эрозии образуются провалы в форме шахт крупного сечения и пропастей.

Строительство в карстовых районах связано со значительными трудностями, так как карстовые породы являются ненадежным основанием. Размытие карстовых форм может вызвать недопустимые осадки или даже полное разрушение конструкций. В карстовых районах предусматривают строительство зданий малочувствительных к неравномерным осадкам.

Вечная мерзлота и мерзлотные процессы.

Зоны вечной мерзлоты занимают около 40 % площади нашей страны.

Вечная мерзлота - область, в которой почва постоянно находится в промерзлом состоянии. Глубина промерзания почвы достигает 1,5 км.

Зоны вечной мерзлоты в России сформировались во время последнего ледникового периода, 10-15 тыс. лет назад.

В России территорию вечномерзлых грунтов делят на три зоны:

1. Сплошная - занимает крайний север Сибири, мощность толщи мерзлоты составляет сотни метров, t° грунта -7-12 °С.

2.Зона с таликами - располагаются южнее. Отдельные участки зоны представляют собой талые грунты; мощность мерзлых толщ - 20-60 м, t° грунта-0,2-2°С.

3.Зона островной мерзлоты занимает территорию юга Сибири; мерзлые грунты встречаются в виде отдельных участков; мощность толщи - 10-30м, t° грунта от 0 до -0,3 °С.

В летнее время года почва прогревается на глубину до 1м 20см, но никогда полностью.

В отличие от зон с вечной мерзлотой, существуют также зоны с сезонной мерзлотой. Они находятся на территории, где бывает зима с отрицательными температурами.

В процессе сезонного промерзания дисперсные связные и несвязные грунты за счет ледяного цемента приобретают повышенную прочность, несколько увеличивают объем и становятся водонепроницаемыми.

В весеннее время года лед в грунтах тает. Дисперсные грунты теряют

прочность, становятся водонасыщеными.

Распределение вечной мерзлоты.

Это районы крайнего севера: сплошное распространение ограничивает­ся северным полярным кругом. Температура и мощность мерзлоты - 100м и достигая 500-600 м (Якутия), температура - 5-10 0 С.

Прерывистое распространение (южнее северного полярного круга: Амурская область, области, находящиеся за Уралом, Западная и Восточная Сибирь; За­байкалье), температура 1-3 0 С. Островное распространение южнее. Мощность - от 10-15 до 25-60 м, температура - 0-1 0 С.

Для вечной мерзлоты характерно образование пучин - это вздутие на поверхности на высоту 20 см. Образуются также наледи. Бугры, пучения образуются у подножия склонов и долинных рек.

Деятельный слой - это слой, который в течение года периодически оттаивает и замерзает. Деятельный слой колеблется от широтного расположения местности и грунта. Так, в песках он от 1,2 м до 3-4 м, а в глинистых грунтах 0,4-2,5м.

Строительство и эксплуатация объектов на территории вечной мерзлоты представляет собой сложную работу и осуществляется по специальным нормативам. При земляных работах строителям приходится разрабатывать вечную мерзлоту, как скальный грунт. Поэтому при строительстве стремятся не делать выемок. Деформация зданий и сооружений связана с оттаиванием вечномерзлых грунтов. В целом строительство в районах вечномерзлых грунтов

осуществляется по трем принципам:

Без учета мерзлого состояния мерзлых грунтов, например, при наличии скального основания;

При сохранении мерзлого состояния грунтов на весь период эксплуатации объектов;

С предварительным (до строительства) оттаиванием мерзлых грунтов и последующим их укреплением или заменой на другие грунты, например, глинистые грунты на щебеночные.

Выбор варианта или их комплексное применение зависит от геологии строительной площадки, состава и состояния мерзлых грунтов, технических возможностей строительной организации. Эксплуатация зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты требует

непрерывного контроля за состоянием грунтов оснований, постоянных профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Мерзлотные процессы также связаны с сезонными замораживаниями и оттаиваниями. Зимнее промерзание глинистых грунтов приводит к их пучению, т.е. увеличению их объема. При этом развивается давление до 100-200 кПа. Если давление пучения превышает давление от собственного веса грунтов и веса зданий (сооружений), происходит подъем поверхности грунта вместе со зданиями и сооружениями. Наиболее подвержены зимнему пучению пылеватые суглинки и супеси. В грунтах вида галечник, гравий и крупный песок, морозное пучение не наступает. Влияние зимнего пучения на устойчивость зданий предотвращают закладкой фундамента на глубину, превышающую зимнее промерзание грунта, которое принимается в расчетах, как среднее значение за последние 10 лет.

Антропогенные геологические процессы.

К антропогенным процессам относятся: формирование и проходка горных выработок, заборы подземных вод скважинами, прокладка линий метро и железных дорог, проведение взрывных работ. Такие процессы приводят к просадке почвы, вибрациям, обвалам и т.п.

Кроме того, антропогенные отложения образуются при открытых разработках в виде отвалов горных пород, в виде гидроотвалов при очистке речных русел для углубления реки, за счет накопления различного мусора в пределах городских территорий на специально отведенных площадках под свалки твердых отходов и строительного мусора, на полях фильтрации жидких отходов, за счет накоплений отходов золы на ТЭЦ и шлаков металлургических заводов.

В связи с этим, по способу накопления антропогенные отложения подразделяют на насыпные, намывные, уплотненные и химико-физически преобразованные.

Строительные свойства антропогенных отложений неоднозначны и зависят от способов образования, в результате которых произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.

1.4.1. Экзогенные процессы и вызванные ими 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.

Вопросы для самопроверки:

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.