- Инженерно-геологические процессы

Тема: Инженерно-геологические процессы и явления. Причины возникновения, меры предупреждения и борьбы с ними.

1. Гравитационное смещение пород на склонах и откосах.

2. Инженерно-геологичесие процессы на дне и откосах котлованов.

3. Плывуны и меры борьбы с ними.

1. Гравитационное смещение пород на склонах и откосах.

В разделе «Геология» мы рассматривали сейсмические явления, процессы выветривания, эрозии, дефляции и другие геологические явления.

А сейчас мы рассмотрим ряд явлений, связанных с деятельностью поверхностных и подземных во на склонах.

Рекомендуемые материалы

Под совокупным действием различных факторов на естественных склонах и откосах проявляются различные деформации, из которых наиболее распространены осыпи, обвалы, курумы, оплывины и оползни.

Обвалы - смещение пород с отрывом от коренного склона. Происходят обычно на крутых склонах, сложенных преимущественно скальными или твердыми глинистыми породами; они подготавливаются процессами выветривания. Обвалы часто возникают при землетрясениях. Для борьбы с обвалами применяют различные сооружения (Плакат № ).

Осыпи - накопление продуктов выветривания горных пород у подножия склонов (обычно обломки не отсортированы, остроугольны) - одна из форм делювиальных отложений. Они смещаются к основанию склона под действием собственной массы, что вызывается осадками.

Оплывины - смещение глинистых пород на склонах, насыщенных водой после выпадения обильных осадков ли быстрого таяния снега.

Курумы - скопления крупных обломков скальных пород, образованные в результате выветривания у подножия склонов; представляют поля каменных глыб.

Оползни - смещение вниз по склону глинистых пород с покрывающими отложениями.

Они происходят на берегах рек, морей, оврагов, озер, а также на откосах искусственных выемок. Оползневые явления представляют большую угрозу ГТС, очень опасны на склонах речных долин в местах берегового примыкания плотин.

Причины образования оползней, помимо благоприятного для этого геологического строения, в общем случае могут быть следующими:

1. гидродинамическое действие подземных вод на породы склона и выветривания горных пород.

2. подмыв склона рекой или морем.

3. подрезка склонов при строительстве каналов, дорого и др. сооружений.

4. застройка склона различными сооружениями.

Особенно опасно воздействие на породы динамических нагрузок,

например от массы проходящих поездов, землетрясение и др.

Поверхность, по которой происходит движение оползня, называется поверхностью скольжения или поверхностью смещения. Линию пересечения поверхности скольжения со склоном ниже оползня называют подошвой оползня. Она может быть на уровне основания склона, выше или ниже его.

По структуре оползневого склона и положению поверхности скольжения по Ф.П. Соваренскому различают следующие оползни: (показать по плакату)

1. оползень в однородных породах

2. оползание делювия по коренным породам

3. оползание по поверхности раздела пластов

4. оползни суффузионно-динамического происхождения

5. ступенчатый оползень.

Для оценки возможности возникновения оползня пользуются коэффициентом устойчивоти откоса, который показывает соотношение сил сопротивление оползневому смещению и активных двигающих сил.

Оползни возможны, когда коэффициент устойчивости склона, уменьшаясь становится равным единице.

А сейчас я приведу один из многочисленных примеров прохождения оползней (т.е. природы оползня).

Участок Черноморского побережья, интенсивно разрушаемый оползнями, район Сухуми.

В геологическом строении береговой полосы этой территории принимают большое участие своеобразные темно-синие глины. Они довольно прочные в сухом состоянии, а при увлажнении теряют свою прочность. Интересно, что эти глины способны поглотить воды в 2 - 3 раза больше своего объема. Подобное явление довольно легко объяснить. Минералогический анализ этих глин показал, что в их составе содержится много монтмориллонита. После сильных дождей эти глины сильно увлажняются и на склонах возникают сильные оползни. Они разрушают дороги, мосты, ГТС, дома и др. сооружения.

Меры борьбы с оползнями.

Можно ли сделать так, чтобы даже сравнительно крутые склоны стояли прочно и не оползали?

Ученым и инженерам удалось добиться больших успехов в решении этой проблемы. Наукой создано много оригинальных и эффективных способов борьбы с разрушением берегов морей и рек.

Если вам приходилось побывать на черноморском побережье Кавказа в районе Туапсе - Сочи, то вы, несомненно запомнили сотни больших, перпендикулярных к берегу бетонных массивов длиной в 10 - 20 м, уходящих в море. Это буны. Такие массивы тормозят движение морской волны, понижают скорость потока, вызывают осаждение на дно крупных взвешенных частиц: гравия, гальки и крупного песка. В результате между бунами постепенно накапливается большое количество подобного материала и образуется пляж. Его зона расширяется, а береговая линия перемещается, оттесняя море. Не менее часто для защиты берегов от размыва применяют волноломы. Они представляют собой бетонные или каменные массивы, располагаемые параллельно морскому берегу. Волноломы сооружают на расстоянии примерно 12-4- метров от берега. Морская волна, ударяясь о волнолом, теряет значительную часть энергии. Следствием является снижение скорости движения воды. Результат - выпадение на дно взвешенных частиц. Постепенно на участке между волноломом и берегом накапливаются песчано-галечниковые отложения, образующие, в конечном счете, широкий пляж.

Брега морей для защиты от удара штормовых волн нередко одевают в бетонный или ж/б панцирь, устраивая набережные и волнобойные стенки.

Во многих случаях приходится применять комплексное укрепление берегов, используя несколько типов сооружений. Блестящим примером такого подхода борьбы с морем являются берегоукрепительные работы в районе города Сочи. Здесь сооружены и набережные, и волнобойные стенки, и волноломы и система бун, и подпорные стенки.

Можно ли удержать оползень?

Почти вековой опыт показывает, что при возникновении крупных оползней, когда приходят в движение миллионы тонн грунта, попытки удержать их силой в большинстве случаев оказываются неэффективными.

Более успешным оказалось применение механического удержания средних и небольших оползней. Так, чтобы удержать оползание небольших по мощности слоев грунта, на их пути ставится каменная или ж/б стенка. Такие стенки получили название подпорных. В некоторых случаях, стремясь удержать грунты оползающего массива, скрепляют их жесткими элементами - бетонными или ж/б сваями шпильками, располагая их в шахматном порядке. Длина сваи выбирается такой, чтобы свая выходила в лежащий под оползнем слой прочного, неползущего грунта.

Чтобы избежать нарушение естественного сложения пород, шпильки не забиваются, а погружаются в предварительно пробуренные скважины. Это лишь некоторые метры.

Методы борьбы с оползнями:

1. одерновка

2. древонасаждение

3. перехватывающие сооружение для атмосферных осадков (лотки, кюветы и др.) и подземных вод (горизонтальный или вертикальный дренаж),

4. подпорные сооружения

5. буны

6. волноломы

7. набережные и волнобойные стенки

8. организация свай и др.

2. Инженерно-геологичесие процессы на дне и откосах котлованов.

Явления и процессы обусловленные совместным взаимодействием геологической среды и инженерными сооружениями называют инженерно- геологическими. К инженерно-геологическим процессам на дне и откосах котлованов относятся: размыв откосов, выдавливание, обвалы, осыпи, пучение и выпирание дна котлованов.

а)  Обвалы - это смещение горных пород с отрывом от коренного склона (определение вообще). Обвалы характеризуются быстротой смещения и отсутствием ясно выраженной поверхности скольжения. Наблюдаются при чрезмерной высоте или крупизне склона, не соответствующей прочности разрабатываемых пород.

б)    Осыпи представляют собой перемещение по откосу масс несвязанных грунтов. Наблюдаются на склонах свеженасыпанных обвалов.

в)    выдавливание откоса наблюдается при отсыпке пород на торфянистый грунт, а также при наличии в откосе глинистых пород, находящихся в пластичном или текущем состоянии. В результате выдавливания грунта отвалы оседают и смещаются.

г)   Размыв откосов может быть обусловлен неорганизованным отводом ливневых и талых вод, в результате чего на откосах образуются промоины, что приводит потом к деформации стенок.

д) Пучение, выветривание дна котлована и прорыв подземных вод в котлован возможны, когда в котлованах вскрываются глинистые водоупорные породы, перекрывающий нижележащий водоносный горизонт с напорной водой. На дне котлована возможно горообразное вздутие дна траншеи и даже выпор дна с прорывом подземных вод. Основным мероприятием , устраняющим пучение и выпор дна котлованов и прорыв воды в него, является снижение напора в водоносном горизонте, что устанавливается соответствующими гидрогеологическими расчетами.

3. Плывуны и меры борьбы с ними.

Что же такое плывуны и как они образуются?

Плывунами называют насыщенные водой горные породы приходящие в движение при определенных условиях.

Различают псевдоплывуны и истинные.

Псевдоплывуны - породы, переходящие в плывунное состояние только под действием гидродинамического давления. Ими могут быть даже крупные и гравелистые пески.

Истинные плывуны - породы, приходящие в движение не только под действием гидродинамического давления, но и при наличии в породе коллоидно-дисперсных частиц. Это тонко и мелкозернистые пески, илы, глины и другие породы.

Коллоидные системы, напоминают густые студни, которые в физической химии называют гелями.

В определенных условиях коллоиды могут находится в жидких растворах, тогда их называют золями. Явление перехода при встряхивании геля в жидкий золь получило название тиксотропии. Основная мера борьбы с плывунами при строительных работах - предварительное осушение их с помощью иглофильтров, замораживание и др.

Люди также интересуются этой лекцией: Термины и понятия.

К коллоидным системам относят истинные плывуны. В обычных условиях плывуны находятся в состоянии геля. При встряхивании они переходят в золь. Если оставить жидкий грунт в покое, он превращается в гель. Это явление объясняется так: в гелях образуется сетка из раздробленных тонких частиц, в ячейках которой заключается вода. При встряхивании сетка разрушается и коллоидная система разжижается. В покое она опять восстанавливается. Тайна истинного плывуна заложена в своеобразной структуре. Для плывунов характерна высокая подвижность, большая влажность (до 50%) высокая пористость (40 - 60%).

Контрольные вопросы:

1. Назовите виды гравитационного смещения пород на склонах и откосах.

2. Назовите инженерно-геологичесие процессы, проходящие на дне и откосах котлованов.

3. Что понимают под плывунами и какие существуют меры борьбы с ними?