21 - Суффозия, эрозия и карст

Тема: Суффозия, эрозия и карст.

1. Просадочность лессовых грунтов.

2. Ирригационная эрозия.

3. Суффозия и карст.

1. Просадочность лессовых грунтов.

Под лессами и лессовидными грунтами понимают породы, сформировавшиеся в условиях засушливого климата и обладающие одним общим свойством - недоуплоиненной структурой, неотвечающей напряженному состоянию, в котором эти грунты находятся в условиях их естественного залегания. Недоуплотненность обусловливает значительную пористость этих пород, иногда более 50 %. Помимо обычной пористости лессам присуще также наличие крупных пор - макропор - размером иногда более 1мм, хорошо видимых невооруженным глазом, обычно в виде вертикальных трубочек. Состоят лессы и лессовидные грунты преимущественно из фракций пыли и имеют характерную палево-желтую или желто-бурую окраску. В пределах СНГ эти породы распространены на большей части Украины, на юго-востоке европейской части страны, в Закавказье, Средней Азии, Сибири и на Дальнем Востоке. Залегают лессы на водоразделах в виде покрова, плащеобразно, перекрывая более древние образования. Мощность их обычно составляет 15 - 20 м, иногда достигает многих десятков метров. Ввиду значительной распространенности лессы во многих случаях служат основанием самых различных сооружений или средой для строительства.

В естественных условиях лессы при малой влажности обладают значительной механической прочностью и устойчивостью в откосах, сохраняя почти вертикальное положение при высоте откоса иногда более 10 м. При увлажнении их прочность существенно уменьшается и они доуплотняются; это свойство называется просадочностью и сопровождается необратимым изменениям структуры грунтов.

Просадки лессовых грунтов в основании сооружений обычно неравномерны, что обуславливает неравномерную осадку сооружений, величина которой колеблется от нескольких десятков сантиметров до 1,5 - 2,0 м и более. Чтобы предохранить сооружения, возводимые на просадочных грунтах, от различных деформаций, необходимо заранее знать степень их просадочности, в соответствии с чем осуществляются различные защитные мероприятия, обеспечивающие устойчивость сооружений на весь срок их эксплуатации. Методика определения степени просадочности лессовых грунтов изложена в СНиП 11 - 15 - 74 «Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений».

Просадочные явления

а) Почему лессы дают просадки?

Большую роль в разрушении лессовых пород играют коллоидные явления. Основными структурными элементами лесса являются агрегаты пылеватых и песчаных зерен. Значительная часть из них соединена между собой коллоидно-дисперсными минеральными частицами. Вода разрушает эти частицы и переводит в состояние жидкого коллоидного раствора. Такой

переход твердых коллоидных частиц в жидкий раствор называют пептизацией. Пептизация является одной из причин разрушения агрегатов. Отдельные пылеватые и песчаные зернышки перемещаются и заполняют поры, чем создают условия для механического уплотнения. На процесс осадки оказывает воздействие растворения солей, цементирующих частицы.

б) Меры борьбы с просадками.

1.      Обжиг горных пород. Такие лессы становятся неразмокаемыми. Резко возрастает прочность породы. Она может выдержать нагрузку в 100 - 1 ООО тонн на 1 м2. Интересно, что при обжиге сохраняется высокая пористость и водопроницаемость лессов.

2.     Силикатизирование лессов. В породу нагнетается жидкое стекло, которое превращает ее в камень. Силикат натрия в течение 30 суток твердеет.

3.   Предварительное замачивание.

4.   Уплотнение.

2. Ирригационная эрозия.

Ирригационной эрозией называют размыв горных пород при утечки воды из неисправных оросительных каналов и сооружений, а также размыв сбросными водами при неупорядоченном отводе их. Этот инженерно- геологический процесс возникает на косогорных участках при пересеченном рельефе и больших уклонах его. В результате на склонах образуются глубокие промоины, происходит смыв почвы, сокращается площадь пашни. Ирригационная эрозия вблизи сооружений грозит их устойчивости. Наибольшей интенсивности эрозия достигает в легкоразмываемых отложениях, в частности в лессовых породах, особенно в предгорных районах. Для предупреждения ирригационной эрозии почв область применения поверхностных способов полива ограничивается площадями с i<0,05. При больших уклонах необходимо дождевание пониженной интенсивности или другие совершенные способы полива. Например, для полива кормовых культур сплошного сева на склоновых землях целесообразно применение синхронного импульсного дождевания, которое обеспечивает интенсивность дождя всего 0,005 - 0,01 мм/мин. Сбросы воды с полей, если их нельзя избежать, должны быть упорядочены с помощью специальных сооружений.

Ирригационная суффозия (механическая и химическая) возникает в породах в результате фильтрации воды из оросительных каналов. Это явление обуславливает последующее развитие ирригационной эрозии. Суффозия интенсивно развивается в лессовых породах, отличающихся значительной микропористостью и повышенной гипсоносностью. Фильтрационные воды из каналов устремляются в ходы землероев, в пустоты, оставленные корнями растений, размывают их, удаляя частицы породы и образуют крупные промоины. В дальнейшем возможно обрушение их кровли, нередко являющееся причиной большой утечки воды из каналов.

Опасность ирригационной суффозии особенно возрастает, когда канал проходит в полунасыпи-полувыемки.

Борьба с фильтрацией каналов и избыточной водоподачей - один из методов предупреждения суффозных процессов.

3. Суффозия и карст.

Различают механическую и химическую суффозию.

Механическая суффозия - процесс выноса мелких частиц породы движущейся подземной водой, является следствием гидродинамического давление, которое оказывает на породу фильтрующая вода.

Суффозия обычно происходит в песчаных породах, которым свойственна большая скорость фильтрации. Вынос частиц начинается, когда напорный градиент достигает критического значения. Критический градиент равен:

, где

у - плотность песка

n- пористость песка в долях единицы.

Суффозия обуславливает разрыхление породы, нередко сопровождающееся осадкой поверхности земли. Суффозия может наблюдаться в естественных склонах (берегах рек, оврагов и др.), при проходке туннелей, строительных котлованов и других подземных работах. Суффозия в основании сооружений может привести к неравномерной осадке и даже к аварии. Известны примеры разрушения плотин.

Рациональным методом предупреждения суффозии при проходке строительных котлованов считается предварительное понижение УГВ откачкой с помощью иглофильтров, закладываемых по периметру котлована. Предупреждение суффозии в основании сооружений достигается мероприятиями, уменьшающими напорный градиент фильтрации, искусственным закреплением песчаных пород и др.

Суффозия может вызвать заиление и нарушить работу закрытых дрен, уложенных в песчаные породы. Чтобы избежать этого, дренажные трубы покрывают стеклотканью, обсыпают торфокрошкой, устраивают гравийные фильтры и т.д.

Химической суффозией называют процесс растворения или выщелачивания водой горных пород. Химическая суффозия может развиваться, в частности, в гипсоносных породах при фильтрации воды из каналов. На осушенных землях вследствие химической суффозии может происходить вынос грунтовой водой химических элементов и питательных веществ, необходимых для растений. Примером химической суффозии является карст. Карсту наиболее подвержены отложения каменной соли, гипса, известняка. Площадь развития этих пород различна и на территории суши земного шара достигает: соленосных пород 4 млн.км2, гипсов и ангидридов 7 млн.км2 и карбонатных пород около 40 млн.км2. В бывшем союзе карбонатные породы составляют около 40% территории страны. Наиболее распространен карст в карбонатных породах. Однако скорость карстообразования в соленосных отложениях и сульфатах выше, чем в карбонатах.

В результате карста в породах образуются пустоты и пещеры различных размеров. Для рельефа характерны карстовые воронки.

Карст опасен в основании сооружений, т.к. возможны провалы сводовой части пустот, значительная фильтрация из водохранилищ и каналов.

Контрольные вопросы:

1. Почему лессы являются просадочными грунтами?

2. Объясните понятие ирригационная эрозия.

3. Назовите и объясните виды суффозии.

4. Что понимают под таким явлением как карст?


Рекомендуемые лекции