4. Гравитационные геологические процессы и явления. Методы их изучения и оценки. (64)

Обвал - это обрушение более или менее крупных масс г.п с опрокидыванием и дроблением.

Обвалы обычно возникают на крутых склонах, обрывах, строительных котлованах, траншеях и карьерах.

Природные факторы: состав и св-ва пород (хар-ка их трещиноватости и степень выветрелости), геоморфол. условия (крутые склоны), сейсмическая ситуация, тип и степень трещ-ти пород. Техногенные ф-ры: искусствен.активизация выветривания пород, подрезка склона, взрывы, строит-во. Опасность определяется: степенью пораженности терр-ии, площадью обвала опасных склонов, частотой обвалов (кол-во на 1 км2 в год).

Для кол-ной оценки устойчивости обвально-опасных склонов прим-сяИГ методы, метод аналогий, моделирование, расчетно-аналитический. Особенно эффективнымиявл-ся дистанционные методы и мониторинг (космо- и аэрофотоснимки).

Профилактика обвальных явлений: выравнивание склонов, обрушение склонов, уборка опасных глыб, дренаж склонов. Защитные сооружения: спец. стенки и дамбы, защитные галереи, укрепление склонов.

Оползень - это скользящее смещение г.п на склонах под действием силы тяжести и при участии поверхностных или п.в. Они приносят огромный вред, разрушая здания и сооружения на самих склонах и ниже их.Внешний облик оползневых склонов имеет ряд признаков, позволяющих установить насколько устойчиво состояние склона. В месте возможного отрыва массы пород образуется серия концентрических трещин, ориентированных вдоль склона. При активном сползании на склонах хорошо видны смещенные земляные массы и террасированные уступы. Очень часто внешним признаком оползней является "пьяный лес" и разорванные стволы деревьев.

Прир факторы процесса: состав и св-ваг.п, выветривание, крутизна склона, климатические условия, сейсмика.Техногенные факторы: искус.активизация выветривания пород, подрезка склона, взрывы, строит-во.

Методы изучения осыпных явлений натурные (устанавливаются окрашенные створы, устанавливается мигилирование по меткам и применяется дендроххронология); дистанционные.

Классификация: подвижные осыпи Кп=1,

достаточно подвижные Кп=0,71 и

затухающие Кп=0,5-0,7. Отличительно подвижные уплотнившиеся Кп=0,5.

Меры борьбы с оползнями делятся на четыре группы:

- борьба с процессами, вызывающими оползни;

- закрепление и удержание сползающих грунтовых масс;

- повышение сопротивляемости сдвигающему усилию;

- съем (срез) оползневых масс до устойчивых пород.

Осыпи формируются на крутых склонах, сложенных скальными породами. Под действием физического выветривания они растрескиваются, и обломки скатываются и сползают вниз по склону до подножия.Особенностью осыпей является их подвижность.

По подвижности осыпи подразделяют на действующие (находящиеся в стадии интенсивного движения), затухающие и неподвижные.

Действующие осыпи состоят из массы обломков в рыхлом состоянии, поверхность которых не покрыта растительностью. Эта масса может прийти в движение от любых сотрясений, сильного увлажнения и даже увеличения общей массы.

Экзаменационный билет № 13

1. Режимы фильтрации подземных вод при проведении опытных откачек. Аналитические и графоаналитические методы определения гидрогеологических параметров.

Режимы: Установившийся (если колебание уровня происходит не более чем в 5 см)- используются методы расчета Джейкоба и м-д подбора;

Неустановившийся – м-д кривая дебита.

Основными параметрами, которые определяются при обработке результатов опытно-фильтрационных работ на основе теории неустановившегося движения, являются коэффициенты фильтрации, водопроводимости, пьезо- и уровнепроводности, водоотдачи, показатель гидродинамического сопротивления скважин.

Для определения этих параметров применяются следующие методы:

1.Графоаналитический метод:(метод Джейкоба). Использование метода даёт обоснования осреднения параметров, как по площади, так и во времени.

1.1 Способ временного прослеживания: S-f(lgt)_B

1.2. Способ площадного прослеживания: S-f(lg), t-const

1.3. Способ комбинированного прослеживания: S-f(lgt/r²)

Метод подбора, основанный на сопоставлении величин понижения уровня в одной и той же точке потока на два различных момента времени или в двух разных точках на один момент времени и дальнейшем подборе значений параметров, удоку4влетворяющих рассматриваемому соотношению понижений уровня (используются экспоненциальные функции, определяемые по графикам в справочной литературе)

2. Основные виды движения подземных вод. Схемы естественных установившихся потоков. Линейные и нелинейные законы фильтрации.

Фильтрация – перемещение подземных вод в порах и трещинах под действием силы тяжести.

Скорость фильтрации – количество воды (объемный расход), которое протекает в единицу времени через единицу площади поперечного сечения пористой среды.

Движение подземных вод в горных породах по своему характеру может быть:

1.Ламинарным – такое движение, когда струйки воды передвигаются без завихрения, параллельно одна другой с небольшими скоростями течения без разрыва сплошности потока. В 95% движения подземных вод ламинарно. Возникает в пористой и трещиноватой среде. Характерно: малые скорости (1 м/сутки), параллельно-струйчатость, отсутствие разрыва сплошности по пути движения потока.

2.Турбулентным – движение воды, для которого характерны большие скорости, вихреобразность, пульсация и перемешивание отдельных струй. Возникает в крупных пустотах и трещинах, а также на локальных участках интенсивного воздействия инженерных сооружений (например, при интенсивных откачках из скважин).

Характерно: высокие скорости (км/сутки), вихреобразность, разрыв сплошности потока по пути движения.

Законы движения подземных вод:

Ламинарное движение подземных вод в горных породах подчиняется линейному закону фильтрации, установленному экспериментально Дарси.Закон Дарси — закон фильтрации жидкостей и газов в пористой среде. Он устанавливает линейную зависимость между объемным расходом жидкости или газа и гидравлическим градиентом (уклоном, перепадом давления) в пористых средах, например, в мелкозернистых, песчаных и глинистых грунтах. Линейный закон Дарси может быть записан формулой: . Скорость фильтрации при единичном напорном градиенте численно равна коэффициенту фильтрации.

Законы нелинейной фильтрации описывают фильтрацию в области выше верхнего предела применимости закона Дарси. Для трещиноватых пород при турбулентном движении воды установлен закон фильтрации (закон Краснопольского-Шези) в виде:

Q = kF√I

Скорость фильтрации в данном случае будет равна:

V = k√I,

где k — коэффициент водопроницаемости породы, представ­ляющий собой приведенную скорость фильтрации при градиенте, равном 1.

При турбулентном движении скорости фильтрации потока пропорциональны напорному градиенту в степени ½, а силы сопротивления (выраженные через напорный градиент) пропорциональны квадрату скорости фильтрации.

Фильтрация со скоростями выше критической происходит только в крупных трещинах, порах, карстовых пустотах, вблизи искусст­венных выработок.

В неодинаковых по проницаемости породах возможен сме­шанный режим фильтрации. Тогда закон Дарси можно выразить в обобщенной форме:

J = aV + bV² = v/K (1 + αv),

где а = 1/К и b = а/К — фильтрационные параметры; К — коэффи­циент фильтрации при ламинарном режиме, м/сут; α — коэффи­циент нелинейной фильтрации; I — напорный градиент.

Если элементы потока (B, H, Q) во времени претерпевают значительные изменения, то поток называетсянеустановившейся; если изменения незначительны, то режим движения потока установившейся.

Структура потока определяется характером деформаций гидродинам. Сетки. Общей формой потока является пространственный поток, в котором гидродинамическая сетка деформируется по 3 координатам. При гидрогеологическихрасчётах применяются плоские потоки в вертикальном сечении профильные и в плане – плановые. Для плоских потоков характерна деформация гидродинамической сетки и какой-либо одной плоскости. В плановых потоках деформация происходит по 2 координатам (х и у). Профильный в плане поток имеет плоскопараллельный характер, а его гидродинамическая сетка искажается в разрезе.

3. Инженерно-геологические прогнозы и их виды.

(Билет 2020) Инженерно-геологический прогноз заключается в предсказании процесса движения исследуемого объекта (литосистемы), обусловленного его внешними и внутренними взаимодействиями, поэтому в основе прогнозирования должна лежать теория взаимодействий ГС с внешними средами, в том числе и с искусственными элементами природной среды, или общая теория экзогенных геологических процессов.

Инженерно-геологический прогноз при строительстве ПТС заключается в сопоставлении прогнозируемых данных о структуре и свойствах ГС и ее движения с фактическими данными, полученными в период строительства. Прогноз в период эксплуатации ПТС представляет собой предсказание ИГП, которые будут развиваться в будущем. Прогноз разрабатывают на основе данных наблюдений за фактически развивающимися ИГП.

Общий прогноз - для выбора нескольких наиболее перспективных вариантов требуется прогноз совокупности компонентов ИГУ, определяющих оценку территории применительно к планируемому строительству. Он включает прогнозы отдельных компонентов ИГУ, отдельных свойств литосистемы, а следовательно, состоит из нескольких частных прогнозов. При выборе перспективных вариантов рассматривается и оценивается большая территория, в пределах которой литосистема, как правило, неоднородна, поэтому прогноз является региональным. Прогноз большинства компонентов ИГУ дается относительно ко времени. Для отдельных свойств ГС возможен бессрочный прогноз. По характеру оценок прогноз является качественным, хотя некоторые частные прогнозы, компоненты общего, могут быть количественными.

4. Геологические процессы мерзлотного комплекса. Методы их изучения и оценки.

Мерзлотными процессами называются экзогенные геологические процессы, которые обусловлены сезонным и многолетним промерзанием и оттаиванием увлажненных рыхлых горных пород, охлаждением мерзлых пород и замерзанием подземных вод.

Морозное пучение– за счет промерзания деятельного слоя, локальные поднятия зимой дорожных одежд увеличение объема породы при промерзании (~ на 10 %), при оттаивании образуются ямы. Присуще рыхлым породам – пылеватым. Образуются т.н. пучины. Высота их от 2–4 см до 50 см, и длина до 10–12 м. Особенно неприятно для линейных сооружений, железных дорог, автодорог. Борьба – осушение, замена пучинистых грунтов.

Выпучивание фундаментов– морозное пучение (вымораживание) приводит к выпиранию столбов, фундаментов из основания. Вот почему всегда глубина заложения фундаментов должна быть ниже глубины деятельного слоя (сезонного промерзания). А в области вечной мерзлоты – обмазки, гравийные, щебнистые засыпки, расширение фундаментов книзу.

Бугры пучения (гидролакколиты) – подъем деятельного слоя за счет промерзания межпластовых вод. +бугульняхи

Бугры пучения. Буграми пучения называются достаточно крупные формы рельефа, образующиеся за счет сезонного и многолетнего промерзания, неравномерно развивающегося по площади, встречающиеся на поверхности земли по одному или группами. Среди них выделяются:

1) торфяные бугры;

2) булгунняхи;

3) гидролакколиты.

Эти мерзлотные процессы различаются между собой механизмом льдообразования, формами проявления и размерами.

Торфяные бугры образуются, как правило, на участках развития торфяников, в условиях открытой системы промерзания и называются миграционными, по механизму движения в них влаги формирующей ледяные тела. Торф и мох обычно содержат в себе достаточно много влаги. Их температура обычно ниже, чем у окружающих минеральных пород. Это происходит за счет больших затрат тепла на испарение влаги, и поэтому теплопроводность их в мерзлом состоянии, больше чем в талом. Зимой эти отложения охлаждаются больше, чем прогреваются летом. Кроме этого, большое количество солнечного тепла летом расходуется на испарение влаги с поверхности мха и торфа, что приводит к понижению температуры их нагревания, по сравнению с участками без мохового и торфяного покрова. Поэтому неравномерно охлаждающиеся торфяники, в первую очередь переходят в многолетнемерзлое состояние по сравнению с окружающими их песчано-глинистыми породами

Гидролакколиты – инъекционные бугры пучения, образующиеся в местах разгрузки различного типа напорных подземных вод. Физика процесса образования гидролакколитов состоит в следующем. Если под толщей многолетнемерзлых пород имеется напорный водоносный горизонт, то при промерзании пород деятельного слоя сверху, может образоваться замкнутая масса водоносных пород, в пределах которой возникает гидростатический напор, за счет уменьшения поперечного сечения потока. Под влиянием этого напора мерзлые породы деятельного слоя вздымаются в сторону меньших сопротивлений, образуя в рельефе бугор пучения (рис 9.6). В последствии, бугор промерзает, и внутри его образуется линза или слой льда. Такие бугры могут достигать высоты 1,5-2,0 м, их диаметр равен нескольким метрам. Летом они протаивают, оседают и исчезают, а зимой образуются вновь. Это, в основном, однолетние бугры пучения

Термокарст – проседание земли за счет оттаивания при нарушении теплового режима.

Морозобойное растрескивание- процесс механического раздробления горных пород вследствие их растрескивания под влиянием термического сжатия при охлаждении и расклинивания трещин замерзающей в них водой. Результат процесса – формирование полигонально-жильных структур и полигонального рельефа

Наледь – скопление льда на поверхности в результате излившихся подземных или речных вод. При глубоком промерзании рек происходит сильное сужение сечения потока, и, как следствие, возрастает давление воды на лед. В ослабленных местах речной лед проламывается и вода изливается на поверхность, образуя речную наледь. Подобным образом формируются наземные наледи, с той лишь разницей, что верхней коркой является замерзающий грунт, а взламывают её грунтовые воды. Наиболее крупные, многолетние наледи образуются в местах глубинных разломов восходящими напорными подмерзлотными водами. Самой большой в России является Момская наледь, мощностью 6–7 м. и площадью 100 км2.

Солифлюкция – оплывание оттаявших пологих склонов южной экспозиции по мерзлоте.

Курум – скопление крупнообломочного каменного материала, медленно передвигающегося вниз по склону. Любая инженерно-геологическая деятельность в криолитозоне имеет свою особую специфику. Так как многолетнемерзлые породы очень чутко реагируют на малейшее изменение локального температурного режима, а, следовательно, практически на любое вмешательство в изначальную среду, основным правилом любого строительства является прогноз и регулирование температурного состояния мерзлых грунтов.

Главными опасностями для сооружений являются специфические процессы, такие как термокарст и морозное пучение. В связи с этим здания строят либо на насыпном грунте (преимущественно одноэтажные и двухэтажные), либо на сваях, забитых ниже уровня сезонного оттаивания. Для предотвращения оттаивания мерзлоты между землей и первым этажом оставляют вентилируемое пространство, обычно 1–1,5 м. При прокладке коммуникаций особое внимание уделяют тепло- и гидроизоляции.

Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется СП 493.1325800.2020.

Строительство производится по трем принципам:

– с сохранением мерзлоты на весь период эксплуатации

– с предварительным оттаиванием и последующим укреплением основания или его заменой на другие грунты;

– на скальном основании – без учета мерзлоты.

Мерзлотные явления - трещинообразование, пучение, солиф-люкция, термокарст - формируют пятнисто-мелкополигональный и бугорковатый( пятнисто-бугорковатый) микрорельеф на тундровых водоразделах и их склонах, крупнополигональный, плоско - и крупнобугристый микрорельеф - на обширных болотных равнинах.

К первой группе относятся мерзлотные явления, совершающиеся постепенно: криогенный массо — и влагооб — мен в почвенной толще и процессы, связанные с длительным пребыванием почв в мерзлом состоянии, вызывающие различные физикохимические и химические превращения в почвенноймассе и почвенном растворе и изменяющие физические свойства почв.

Вторая группа включает мерзлотные явления, частично или полностью прерывающие нормальное развитие почвенного профиля. К ним относятся явления интенсивного пучения и трещннообразоваиня, вызывающие деформацию и нарушенное залегание почвенных горизонтов, их разрывы и погребение, образование пятен с полным уничтожением органогенного горизонта. Под влиянием этих процессов происходит чередование периодов относительно стабильного развития тундровых глеевых почв с периодами частичных и полных нарушений того почвенного профиля, который был создан в предшествующий период относительно спокойного развития. Вследствие этого рассматриваемые почвы характеризуются сложным генезисом.

Выписка из сп 493.1325800-2020: (В районах распространения ММГ изучению подлежат в первую очередь геокриологические процессы: морозное пучение грунтов (в том числе, образование бугров пучения), термоэрозия, термоабразия, солифлюкция, термокарст, наледеобразование, курумообразование, морозобойное растрескивание.

4.3.13.1 Фиксация внешних проявлений геокриологических процессов при рекогносцировочном обследовании территории осуществляется с определением площадной пораженности территории, %; продолжительности проявления (лет); скорости развития и др.

4.3.13.2 В районах развития морозного пучения грунтов должны быть получены: