Заболачивание, типы болот по генезису и условиям питания. Болотные отложения, торф и его свойства. Оценка болот при строительстве дорог.

Болота представляют собой избыточно увлажненные участки земной поверхности со значительным (более 0,3 м) слоем торфа. По происхождению и условиям питания выделяют болота низинные, верховые и переходного типа, различающиеся по глубине, строению, свойствам торфа - основного типа болотных отложений.

Низинные болота образуются в процессе зарастания озера или пруда. Развитие растительности и накопление ее после отмирания приводит к заторфовыванию водоема. Низинные болота в поймах рек называются пойменными. Если у верховых болот питание только за счет атмосферных осадков, то у низинных еще за счет подземных и поверхностных вод. Поэтому растительность последних более разнообразна, а торф больше минерализован и зольность его выше.

При строительной оценке обязательно учитывается тип и генезис болота. Верховые болота обычно имеют небольшую глубину (до 2…3 м), однородный ботанический состав и малую степень разложения торфа, низкую зольность. Минеральное дно близко к горизонтальному и сложено прочными грунтами. Под нагрузкой торф уплотняется, так что прочность его возрастает. Болото легко осушается дренажными устройствами.

Низинные болота даже при небольшой площади могут иметь значительную глубину (более 5 м), переменные с глубиной ботанический состав и степень разложенности торфа. В торфянике встречаются прослои и линзы минеральных грунтов. Минеральное дно часто сложено слабыми грунтами. Под нагрузкой торф не уплотняется, а выжимается. Болото с трудом поддается осушению.

При строительной оценке болота учитывается весь комплекс факторов: глубина, физико-механические свойства торфа, рельеф минерального дна и свойства слагающих его пород, химический состав и степень агрессивности болотных вод и др. В дорожном строительстве принято выделять три типа болот. Первый тип – мощность торфа до 3 метров, торф не выдавливается под нагрузкой, дно ровное. Под насыпью может быть оставлен слой торфа, при условии обеспечения ее устойчивости. Болота второго типа при мощности торфа до 6 метров и торфе неустойчивой консистенции, выдавливающемся под нагрузкой; минеральное дно ровное. В болотах третьего типа большая мощность торфа, в том числе текучей консистенции, наклонное минеральное дно, участки открытой воды.

Торф представляет собой скопление не полностью разложившихся в условиях недостатка воздуха растительных остатков; в зависимости от степени разложения это рыхлая волокнистая или землистая масса, по физико-механическим свойствам резко отличающаяся от минеральных грунтов. Значения пористости торфа достигают 90 – 95%, а влажности 500 – 1000%, что определяет его высокую сжимаемость.

Геологическая работа ледников. Горные и материковые ледники. Горные эпохи плейстоцена. Формы ледникового рельефа. Виды и строительная характеристика ледниковых отложений- моренных и водно-ледниковых.

Ледники, то есть скопления льда занимают около 10% земной поверхности. В геологической истории земли известны периоды более широкого их распространения – эпохи оледенений; результаты работы льда проявились в рельефе и широком распространении ледниковых отложений. Ледниковая эрозия или экзарация проявилась в таких формах рельефа, как кары, троги, ванны выпахивания, курчавые скалы. (: вытянутых в направлении движения ледника корытообразных долин – трогов; замкнутых котловин – ванн выпахивания; сглаженных скал с бороздами и царапинами на них. Такие ассимметричные скалы получили название «бараньи лбы», а их группы называют курчавыми скалами.)

При таянии ледников находящийся в них обломочный материал (морена) отлагался и перерабатывался водой, образуя такие аккумулятивные формы рельефа, как моренные гряды, озы, камы, друмлины, зандровые поля.

Конечные морены представляют собой возвышения до десятков метров высотой, сложенные переносимым льдом обломочным материалом, обрамляющие язык ледника; они обозначают границу распространения ледника. Озы – вытянутые по направлению движения ледника гряды с пологими склонами и плоской вершиной (напоминающие сглаженные насыпи), сложенные песками и гравийно-галечниками, переносимыми внутриледниковыми потоками. Камы – холмы, сложенные отложениями внутриледниковых озер. Друмлины – овальные в плане холмы, ядро которых сложено коренными породами, а с поверхности перекрыто отложениями ледника. Зандровые поля сложены песками, это дельты ледниковых потоков, разливающихся за краем ледника на равнине.

Ледниковые отложения делятся на моренные и водноледниковые – флювиогляциальные и озерноледниковые. Наибольшей плотностью обладают моренные, обычно суглинки и супеси, неоднородные по составу, с включениями разнообразных обломков – от гравия и хряща до валунов и глыб. Плотность высокая, до 2,2 т/м³, очень неоднородны, консистенция от тугопластичной до полутвердой. Водопроницаемость мала и породы часто являются водоупором. Прочность моренных отложений значительна, сжимаемость мала, так что они могут служить надежным основанием Флювиогляциальные отложения представлены песками, гравием, галькой; озерноледниковые – глинистыми породами (ленточные глины), зачастую слабыми, структурно неустойчивыми грунтами. Флювиогляциальные отложения могут иметь различную плотность сложения, вплоть до рыхлого состояния. Поэтому при динамических воздействиях сильно уплотняются.

Геологическая работа ветра. Эоловые отложения, пески лессы. Основные свойства, их учет при строительстве. Особенности состава. Просадочность лессов при замачивании, ее характеристика.

Выветривание – разрушение и преобразование минералов и ГП под действием различных факторов. В зависимости от природы ведущих из них различают выветривание физическое, химическое и биологическое (органическое). Накопление продуктов выветривания образует элювий – неоднородную по составу обломков толщу пород, измененных по сравнению с исходной (материнской) породой. Элювий и почва (результат главным образом органического выветривания) составляют кору выветривания.

В геологической работе ветра наиболее очевидной составляющей является перенос им песчаных и пылеватых частиц, приобретающий иногда характер стихийных бедствий (пыльные, песчаные, черные бури). В то же время ветер производит и разрушительную работу, основные составляющие которой дефляция (выдувание) и корразия (обтачивание). В результате создаются эоловые, или аэральные формы рельефа – котловины выдувания, разнообразные очертания скал (останцы), дюны, барханы. Основные виды эоловых отложений – пески и лессы. Выделяют грядовые и бугристые пески, закрепленные растительностью и утратившие подвижность и подвижные - дюны и барханы. Лессы представляют собой маловлажные макропористые глинистые породы с преобладанием в составе пылеватых фракций, относительно прочные в природном состоянии, но разупрочняющиеся при замачивании и дающие большие по величине и быстро протекающие осадки (просадки).

Подвижные пески представляют большую опасность для сооружений и сельхозугодий: песком заносятся дороги, каналы и др. Для защиты применяются различные мероприятия:

- закрепление песков растительностью (фитомелиорация);

- применение поперечных профилей земляного полотна без резких переломов и перепадов высоты; при этом ветропесчаный поток плавно обтекает профиль, не образуя заносов. Могут также применяться средства механической защиты от песчаных заносов (заборы, щиты);

- закрепление поверхностного слоя песка от выдувания.

Геологическая деятельность человека. Изменения геологической среды на территориях крупных городов и промышленно-транспортных комплексов.Техногенные отложения, классификация, характеристика выделенных классов.

Уже в последние десятилетия прошлого века стало очевидно, что инженерно-строительная и хозяйственная деятельность человека представляет собой одновременно огромную геологическую работу.

Постоянно растущее воздействие человека на природную среду вообще и на геологическую в частности особенно проявляется в крупных городах. В их пределах происходит существенное изменение инженерно-геологических условий: нивелируется природный рельеф, заменяясь антропогенным; меняется гидрографическая сеть и режим рек. Подземное пространство насыщено инженерными сетями, тоннелями, различными сооружениями и конструкциями; существенно меняется его температурно-влажностный режим. Застройка и покрытия улиц резко меняют условия и соотношения стока, инфильтрации, испарения. Меняются гидрогеологические условия; в пределах мегаполисов образуются огромные депрессионные воронки глубоких водоносных горизонтов. С другой стороны, часто происходит подъем уровня грунтовых вод (подтопление) или образование неглубоко от поверхности новых водоносных горизонтов. Одно из следствий хозяйственно-строительной деятельности – образование техногенных отложений (культурного слоя). Их можно разделить на следующие группы.

- Природные образования, перемещенные с мест их естественного залегания различными транспортными средствами, взрывом (насыпные грунты) или средствами гидромеханизации (намывные грунты).

- Антропогенные образования, представляющие собой отходы хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека с коренным изменением состава и свойств исходного сырья. Хозяйственно-бытовые отходы представлены свалками бытовых отбросов, строительного мусора и т.п. Промышленные отходы представлены золами и шлаками различного происхождения – топливными, металлургическими; отвалами пустой породы при угледобыче (терриконы), а также шламами – отходами горнообогатительного, электрохимического и других производств (хвостохранилища).

- Природные образования, существенно измененные по составу и свойствам в условиях их естественного залегания - например, при цементации, силикатизации, электрохимическом закреплении грунтов и т.п.

Таким образом, техногенные отложения очень разнообразны – от разновидностей, близких к природным, до грунтов, не имеющих природных аналогов. Соответственно разнообразны их свойства, даже в пределах одной группы. За исключением пород третьей группы, то есть для всех насыпных и намывных грунтов, отвалов и свалок характерной общей чертой является повышение их плотности со временем под действием собственного веса – самоуплотнение; это важно, поскольку их основные строительные свойства зависят от плотности. Цементация в таких грунтах отсутствует или незначительна. Длительность процесса самоуплотнения зависит от состава породы (исходного материала) и способа отсыпки, а намывных грунтов – и от характера основания.

Наиболее неблагоприятные по своим свойствам отложения создаются в районах свалок с хозяйственно-бытовыми отходами. В них много химически активных веществ, гниющей органики, при разложении которой могут образоваться токсичные и взрывоопасные продукты. При фильтрации атмосферных осадков через толщу таких отложений возможно загрязнение подземных вод.

Геологическая деятельность человека проявляется также в целенаправленном регулировании рассмотренных в природных процессов. Осуществляются мероприятия по борьбе с оврагообразованием, селями, подмывом берегов рек, абразией, подвижными песками, защите от проявлений карста, суффозии, опасных склоновых процессов. При этом необходимо учитывать, что хозяйственно-строительная деятельность может приводить к существенным изменениям в течение времени и проявлениях природных процессов и вызывать явления, обычно нехарактерные для данных условий. Геологические процессы, тесно связанные с инженерной строительной деятельностью человека, называются инженерно-геологическими. Многие из перечисленных выше процессов, регулируемых разнообразными защитными инженерными сооружениями (противообвальными, противоселевыми, противооползневыми и др.), следует рассматривать как инженерно-геологические.

Из других инженерно-геологических процессов следует назвать уплотнение и разуплотнение грунтов в основаниях сооружений; техногенное выветривание в откосах выемок, карьеров и других выработок; плывуны; проявления горного давления и сдвижения горных пород; просадки лессов в основаниях и бортах каналов; морозное пучение; просадки оснований сооружений на мерзлых грунтах при оттаивании последних; термокарст.

22. Геологические процессы,обусловленные действием силы тяжести: обвалы, вывалы, осыпи, лавины. Оползневые процессы, их причины. Виды оползней в скальных и рыхлых породах. Меры защиты

Сила тяжести участвует во всех геологических процессах. Самым наглядным образом она проявляется как главная причина разнообразных смещений ГП на склонах – обвалов, лавин, осыпей, оползней. Обвалы – обрушения со склонов значительных масс ГП с их дроблением; обрушения отдельных глыб называют вывалами. Происходят внезапно, особенно на крутых трещиноватых склонах. Масштабы обвалов различны – от малых до грандиозных. Снежные лавины представляют собой обвалы скопившегося на склоне снега, при движении захватывающего также обломки ГП; в зависимости от характера движения лавины подразделяют на осовы, лотковые и прыгающие.

Борьба с обвалами и вывалами включает как профилактические мероприятия, так и активные с устройством защитных сооружений. К первым относятся наблюдения за склонами, их террасирование, лесомелиорация, обрушение отдельных опасных глыб. К противообвальным сооружениям относятся подпорные стенки, контрфорсы, облицовки и пояса с грунтовыми анкерами, противообвальные галереи, тоннели. Меры защиты от лавин в общем аналогичны противообвальным. К профилактическим здесь относятся мероприятия по недопущению или уменьшению снегонакопления на опасных склонах путем лесопосадок, расстановкой щитов, задерживающих снег в безопасных местах, террасирование склонов, обстрел из пушек с целью вызвать сход еще небольших, безопасных лавин.

Для защиты сооружений в местах схода лотковых лавин устраиваются отбойные дамбы – массивные каменные или бетонные стены, отводящие лавину; лавинорезы – треугольные дамбы, обращенные углом навстречу лавине. При ударе о лавинорез лавина делится на два потока с большой потерей энергии.

 

Осыпями называют накопления у подножья склона продуктов физического выветривания обнаженных поверхностью склона горных пород, а также сам процесс осыпания, перемещения обломков. Осыпи подразделяются по крупности обломков и по степени подвижности (действующие, затухающие, неподвижные). От осыпей отличают каменные россыпи, или курумы.

При необходимости применяют различные защитные меры:

- стабилизация осыпи уборкой части материала вверху и подсыпкой снизу в виде контрбанкета;

- устройство подпорных стен с заглублением в коренные породы;

- осушение при возможности осовов.

ОПОЛЗНИ -Это смещения масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести, и в большинстве случаев при непосредственном участии подземных и поверхностных вод. Оползни распространены в горных районах, на берегах морей и озер, на склонах речных долин. В сейсмических районах оползни, как и обвалы, часто инициируются землетрясениями.

Проявления оползневых процессов очень разнообразны и зависят от высоты и крутизны склона (откоса), условий залегания слагающих склон пород и характера последних. Кроме собственно оползней, выделяют еще сплывы и оплывины, осовы, оползни – обвалы.

.

Рис. 12.2. Примеры противооползневых мероприятий:

1 – прогнозируемая поверхность скольжения; 2 – срезка;

3 – контрбанкет; 4 – подпорная стена; 5 – дренаж; 6 – буровые сваи

 

После установления причин оползневого процесса разрабатываются противооползневые мероприятия, которые также (см. ранее для обвалов), можно разделить на профилактические и активные. К первым, например, относятся запрещение подрезки склона, строительства на нем, недопущение уничтожения растительности и распашки склона, регулирование поверхностного стока, ограничение скорости движения. К активным мероприятиям относятся устройство канав и лотков для отвода поверхностных вод и дренажных сооружений для сбора и отвода подземных вод; осушение и закрепление пород склона; разгрузка склона в верхней части и устройство контрбанкета в нижней; устройство подпорных стен; скрепление пород склона буровыми сваями и грунтовыми анкерами («прикол»).

23 Геологические процессы, обусловленные действием подземных вод: плывуны, суффозия, карст, просадки лессов. Условия проявления, меры предупреждения и защиты. Особенности инж-геол изысканий в районе образования карста

Подземные воды разрушают ГП выщелачиванием и механическим выносом мелких частиц из пор и трещин. К наиболее важным для строительства процессам такого рода относятся заболачивание, плывуны, суффозия, карст, просадки лессов В растворимых породах (каменная соль, гипс, известняк, доломит) выщелачивание приводит к развитию карста – совокупности отрицательных форм рельефа (карры, воронки, провалы) и подземных полостей различной формы и размеров (пещеры, пропасти), особому режиму поверхностных и подземных вод.

Плывунами называют водонасыщенные рыхлые породы, которые при вскрытии выработкой заплывают в нее, разжижаясь до состояния тяжелой вязкой жидкости. Прорывы плывунов в котлованы, другие выработки, тоннели часто приводят к тяжелым последствиям. Чаще всего плывунность проявляется в мелких, тонкозернистых песках;

Суффозией называется процесс выноса частиц грунта движущимися подземными водами и проявления этого процесса. При длительной суффозии в грунте увеличивается пористость, образуются полости и каверны, возможно оседание поверхности с образованием суффозионных воронок. Суффозия часто возникает на склонах речных долин при спаде паводка, в откосах водохранилищ при сработке (резком понижении) уровня воды. При этом уровень грунтовых вод понижается медленнее уровня поверхностных вод. В результате уменьшается устойчивость склонов, так что могут активизироваться смещения и обрушения масс пород. С этим связано и само название явления – от латинского слова со значением «подкапывание».

Суффозия возникает при значительных градиентах напора и особенно в разнозернистых песках, когда размеры преобладающих фракций сильно отличаются (в 20 раз и более).

Рис. 11.1. Проявление суффозии:

1,2 – положения УГВ; 3 – суффозионная воронка

 

Суффозию следует отличать от подземного размыва, или эрозии, возникающей, например, при прорывах подземных водоводов и утечках из сетей водоснабжения и водоотведения.

В описанном виде суффозия представляет собой чисто механический процесс; иногда употребляется еще понятие «химическая суффозия», когда происходит растворение и вынос частиц породы или скрепляющего их цемента в растворенном виде. В объединенном виде эти два явления – растворение и вынос – называют выщелачиванием.

Меры по предупреждению суффозии – снижение градиентов напора и соответственно скорости фильтрации; тампонирование скважин и старых колодцев; устройство обратных фильтров (когда крупность засыпки возрастает в направлении движения воды) при откачках воды; снижение водопроницаемости грунта нагнетанием в него цементного или глинистого раствора.

Карст – совокупность геологических явлений, связанная с выщелачиванием, т.е. растворением и выносом в растворенном виде горных пород поверхностными и подземными водами. При залегании растворимых пород непосредственно с поверхности или неглубоко от нее карст резко проявляется в рельефе, образуя карры, карстовые воронки, слепые долины и т.д. Карры – это чередующиеся борозды и гребни, покрывающие поверхность карстующегося массива с амплитудой высот до 1 – 2м. Карстовые воронки – углубления округлого сечения, суживающиеся книзу; в дне воронки часто видна щель (понор), в которую стекают поверхностные воды. Диаметр воронок – до десятков метров, глубина обычно в 2-3 раза меньше диаметра. Иногда воронки имеют почти отвесные стенки и большую глубину, представляя собой естественные шахты. При слиянии нескольких близко расположенных воронок образуются слепые долины. Описанные формы относятся к поверхностному (открытому) карсту.

Если растворимые породы залегают среди нерастворимых или перекрыты ими с поверхности на значительную глубину, то возможно развитие глубинного (подземного) карста, проявляющегося в образовании различной формы и размеров пустот в массиве горных пород – от каверн и полостей до пещер огромных размеров. При определенных условиях в эти пустоты происходят обрушения вышележащих пород- провалы, проявляющиеся также в рельефе.

Таким образом, процесс карста проявляется как в особых формах рельефа, так и в строении подземного пространства. В свою очередь, оба эти фактора определяют в районах развития карста особый режим поверхностных вод (например, исчезающие реки, озера) и подземных вод (высокие скорости движения, турбулентность).

При инженерно-геологических изысканиях в карстовых районах прежде всего устанавливаются современные проявления карста, открытого и подземного. Для исследования последнего широко применяют геофизические методы. Для сульфатного и тем более соляного карста обязательно устанавливается интенсивность развития карста с учетом всех влияющих факторов.

Обнаруженные в закарстованном массиве каверны, полости, пустоты, должны быть заполнены цементнопесчаным или цементноглинистым раствором или бетоном. Трещиноватость пород устраняется нагнетанием в скважины жидкого стекла (силикатизация) или цементного раствора (цементация). Предпринимаются меры по защите от поверхностных вод – планировка, дренаж и др. В гидротехническом строительстве необнаруженные при изысканиях карстовые полости не раз приводили к невозможности заполнения водохранилища на запланированный объем из-за больших утечек воды

 

Геологические процессы, образованные отрицательной температурой. Особенности физико-механических свойств мерзлых грунтов. Пучение грунтов при сезонном промерзании. Вечная мерзлота. Распространение,классификация, подземные воды в вечной мерзлоте. Наледи, гидролакколиты, термокарст, солифлюкция, заболачивание.

Важные для строительства явления в грунтах связаны с их промерзанием и оттаиванием и соответственно с переходами воды в лед и обратно. Неблагоприятным процессом при сезонном промерзании грунтов является морозное пучение. При промерзании грунта объем его увеличивается за счет замерзающей в порах воды и, что еще более значимо, за счет миграции влаги к фронту промерзания. В особенности этот процесс развивается в пылевато-глинистых грунтах и мелких песках, что необходимо учитывать при проектировании взаимодействующих с грунтом конструкций и сооружений: фундаментов зданий, земляного полотна дорог, аэродромных покрытий. Еще более масштабные процессы в связи с промерзанием и оттаиванием характерны для области распространения вечной мерзлоты (ВМ), занимающей в РФ 65,6 % ее территории. ВМ разнообразна по распространению в плане (сплошная; с таликами; островная); по глубине (непрерывная и слоистая, сливающаяся с деятельным слоем и несливающаяся); по характеру пород, их температуре и т.д.

ВМ очень разнообразна; некоторое представление об этом дают следующие классификации.

А) По распространению в плане – сплошная; с таликами, то есть участками талых пород; островная, когда ВМ встречается в виде островов, окруженных обычными талыми грунтами. На севере Сибири ВМ сплошная с мощностью до 100…500 м; ближе к южной границе ВМ встречается отдельными участками среди талых пород, т.е островная.

Б) По разрезу – непрерывная и слоистая, когда чередуются мерзлые и талые слои.

В) По соотношению с деятельным слоем – сливающаяся и несливающаяся. В последнем случае между промерзающим зимой деятельным слоем и вечной мерзлотой остается слой талого грунта.

Г) По состоянию и степени цементации породы льдом различают ВМ монолитную, сухую и пластичную, а слагающие ее грунты называют соответственно твердомерзлыми, сыпучемерзлыми и пластичномерзлыми. Твердомерзлые – это глинистые породы при низких температурах (-2⁰ и ниже), прочно сцементированные льдом; сыпучемерзлые – несвязные маловлажные грунты. Пластичномерзлые наиболее неблагоприятны в строительстве; это глинистые грунты при отрицательных температурах, близких к нулю. По виду они почти не отличаются от талых грунтов, но при оттаивании переходят в текучепластичное или даже текучее состояние, т.е. становятся заведомо слабыми грунтами.

Подземные воды ВМ подразделяются на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Надмерзлотные – это воды первого водоносного горизонта, приуроченного к породам деятельного слоя. Водоупор для них – ВМ. Могут полностью или частично промерзать; в последнем случае в них появляется напор, хотя в общем это ненапорные воды, аналогичные грунтовым.

Межмерзлотные воды циркулируют по таликам и трещинам в толще ВМ, часто являются напорными. Подмерзлотые – напорные воды глубоких водоносных горизонтов под толщей ВМ.

На свойства мерзлого грунта большое влияние оказывает льдистость, т.е. содержание льда. Он может быть в двух формах – цемента и включений; распространены также различные формы подземного льда – инъекционный, жильный, погребенный. Слово «вечная» в названии ВМ не должно мешать представлению о ней как системе динамической, чутко реагирующей на аномальные природные и критические техногенные воздействия. Поэтому ВМ может распространяться (агградация), или оттаивать (деградация). К мерзлотным процессам и явлениям относятся наледи, бугры пучения, морозобойные трещины и клинья льда, термокарст, солифлюкция, заболачивание. Наледи образуются в местах прорыва надмерзлотных вод, когда они оказываются под напором из-за промерзания сверху деятельного слоя. Прорывы происходят в местах ослабления промерзшего слоя, или там, где промерзания не произошло – например, под сооружениями. Они наледью могут быть повреждены или разрушены. Распространены также наледи речные и грунтовые. В последнем случае массы льда образуются в толще грунта, поднимая ее в виде бугра пучения. При таянии льда бугор оседает, поверхность относительно выравнивается. Но при больших размерах вытаивания льда может не произойти. Такие многолетние бугры пучения до 15 м высотой называются гидролакколитами. Борьба с наледями ведется устройством мерзлотных поясов – широких неглубоких канав, закладываемых поперек направления потока подземных вод.

Морозобойные трещины возникают при промерзании грунта. Распространяясь в глубину и заполняясь водой, снегом и льдом, они образуют ледяные клинья, проникающие иногда на глубину до 2м. Термокарст – образование различных понижений рельефа (воронки, блюдца, котловины) при вытаивании подземного льда и последующем оседании поверхности. Солифлюкция – оплывание, течение оттаявшего верхнего слоя на склоне. В результате на поверхности последнего появляются оплывины, террасовидные уступы. Заболачивание развивается при избыточном увлажнении вследствие оттаивания верхнего слоя; водоупором является ВМ. При отсутствии стока в теплый период быстро развивается влаголюбивая растительность. Возникающие так болота называются мари.