ПОНЯТИЕ ОБ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДИНАМИКЕ

ПОНЯТИЕ ОБ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОДИНАМИКЕ

Инженерная геодинамика изучает геологические процессы – сейсмические явления, суффозию, эрозию и т.п. Эти процессы оказывают существенное влияние на выбор конструкции инженерного сооружения, способов его возведения. Кроме того, инженерные сооружения активно влияют на инженерно-геологические процессы.

Сейсмические явления изучает сейсмология. Землетрясения порождаются сильными и внезапными нарушениями сплошности, разрывами и разломами, смещениями в земной коре. Эти явления характерны для районов геосинклиналей с современными горообразовательными процессами. По своей природе они подразделяются на денудационные, вулканические, тектонические и техногенные.

Денудационные - происходят на глубине и обусловлены разрушением природных сводов в подземных пустотах. Такие землетрясения характерны для карстовых районов. Характеризуются незначительными колебаниями.

Вулканические имеют место при извержении вулканов и обусловлены обрушением кровли, стенок больших пустот, образующихся при выходе лавы. Распространяются на небольшие расстояния, интенсивность их колебаний больше, чем у денудационных.

Тектонические- возникают вследствие тектонических процессов земной коры, распространяются на большие площади и обладают большой разрушительной силой.

Техногенные, или инженерные, происходят в результате инженерной деятельности человека. К ним относятся подземные взрывы.

Процессы выветривания – это разрушение и изменение горных пород под действием колебания температуры, замерзания воды в трещинах горных пород, а также под влиянием кислорода и различных организмов. Процессы выветривания приводят к формированию коры выветривания, состоящей из горных пород, видоизмененных выветриванием.

Физическое выветривание происходит преимущественно без существенного изменения минерального состава гонных пород. Температурные колебания и разрушительная сила воды приводит к механическому разрушению пород, образованию обломков различной величины и перемещению их вниз по склону.

Химическое выветривание происходит под воздействием паров газов и воздуха, воды, содержащей соли, различные органические кислоты. Выражается в окислении, гидратации, растворении, карбонизации и др.процессов. Приводит к изменению состава пород и появлению вторичных минералов.

Биологическое выветривание – под влиянием деятельности растений и живых организмов. Химическое воздействие выражается в выделении углекислоты и др.соединений, разрушающих горные породы.

Все процессы воздействуют на горные породы одновременно. Климат существенно определяет тип выветривания.

Геологическая деятельность ветра. Геологическая работа ветра состоит из следующих видов: 1) дефляции; 2) корразии; 3) переноса и 4) аккумуляции. Все указанные стороны работы ветра в природных условиях тесно связаны друг с другом, проявляются одновременно и представляют единый сложный процесс. Можно говорить лишь о том, что в одних местах преобладают одни виды процесса, в других - иные. Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, создаваемые ими формы рельефа и отложения называют эоловыми (Эол в древнегреческой мифологии - бог ветров).

Дефляция - выдувание и развевание ветром рыхлых частиц горных пород (главным образом песчаных и пылеватых).

Корразия представляет механическую обработку обнаженных горных пород песчаными частицами, переносимыми ветром, выражающуюся в обтачивании, шлифовании, соскабливании, высверливании и т. п. Этот процесс сходен с применяемым в практике методом чистки каменных зданий искусственными песчаными струями. Песчаные частицы поднимаются ветром на различную высоту, но наибольшая их концентрация в нижних приземных частях воздушного потока (до 1,0-2,0 м).

Перенос. При движении ветер захватывает песчаные и пылеватые частицы и переносит их на различные расстояния. Перенос осуществляется или скачкообразно, или перекатыванием их по дну, или во взвешенном состоянии. Различие переноса зависит от величины частиц, скорости ветра и степени его турбулентности.

Процесс перемещения песчаных зерен осуществляется в виде прыжков или скачков по искривленным траекториям. При своем приземлении они ударяют и нарушают другие песчаные зерна, которые вовлекаются в скачкообразное движение, или сальтацию ( лат. "сальтацио" - скачок). Так происходит непрерывный процесс перемещения множества песчаных зерен. Пески в пустынях переносятся на расстояния от нескольких километров до десятков, а иногда и первых сотен километров.

Рис. 1 Дефляция

 

Барханами называют обычно асимметричные серповидные песчаные формы, напоминающие полулуние и располагающиеся перпендикулярно господствующему направлению ветра. Наветренный склон их длинный и пологий (10-15^o), он покрыт обычно поперечными ветру знаками ряби, напоминающими мелкую рябь на водной поверхности, а подветренный - короткий и крутой (32- 35^o). При переходе от пологого склона к крутому образуется острый гребень, имеющий в плане форму дуги, а по направлению движения ветра выдаются вперед заостренные концы ("рога"). Высота барханов различна - от 2-3 и до 15 м, а местами 20-30 м и более (Ливийская пустыня).

песчаные гряды распространены во всех пустынях мира, всюду, где господствуют ветры одного или близких направлений и где им нет никаких тормозящих препятствий. В результате образуются относительно узкие симметричные гряды, разделенные межгрядовыми понижениями различной ширины. Именно в этих условиях особенно четко проявляется сочетание и взаимодействие эоловых процессов - дефляции, переноса и аккумуляции.

Дю́на — положительная форма рельефа; песчаный холм, образовавшийся под воздействием ветра.

Наветренная сторона дюн пологая (до 15°), подветренная более крутая (до 35°) и осыпающаяся. Высота дюны может достигать 100—150 метров, а длина — нескольких километров. В случае, если дюна одиночная, её гребень имеет серповидную форму, а вытянутые края называют рогами. В целом, дюна перпендикулярна направлению господствующих ветров.

Схема дюны

В песчаных пустынях одиночные дюны сливаются, формируя огромные цепи, перпендикулярные направлению господствующих ветров, причём наклон сторон каждой цепи такой же, как и у одиночной дюны.

Существенное отличие дюн от барханов является то, что менее мощные края дюны полностью порастают растительностью и фиксируются, и, несмотря на всю мощность, центральная часть, оставшаяся не заросшей, продолжает движение, вследствие чего дюна вогнута по направлению ветра. Барханы же выпуклой частью направлены на ветер, так как краевые части менее мощные и быстрее передвигаются под действием ветра.

Дюны распространены на песчаных берегах рек, озёр и морей в различных почвенно-растительных зонах планеты (степная, лесная и т. п.).

Особенностью дюн является их способность к движению за счёт переноса ветром песка через гребень; при постоянных сильных ветрах и происходит движение. Скорость движения дюн может составлять до 20 метров в год. В приморских районах дюны, как правило, движутся вглубь суши.

Движение дюн является проблемой, так как они могут засыпать дороги

 

Геологическая деятельность текучих поверхностных вод.

в деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: 1) разрушение, 2) перенос и 3) отложение, или аккумуляция, переносимого материала… Соотношение донной и боковой эрозии изменяется на разных стадиях развития… Боковая эрозия. По мере выработки профиля равновесия и уменьшения уклонов русла донная эрозия постепенно ослабевает и…

Делю́вий — скопление рыхлых продуктов выветривания горных пород у подножия и у нижних частей возвышенностей.

Структура делювия не слоиста и слабо отсортирована. В делювии часто можно обнаружить россыпи месторождений вольфрама, золота,…

Элювий — рыхлые отложения, возникающие при выветривании исходных (материнских) горных пород на месте их залегания. Элювий слагает коры выветривания и почвы.

К элювиальным рудным отложениям относятся россыпные месторождения вольфрама и золота, сформированные оседанием и обогащением за счет выдувания веществ с меньшей плотностью. Алмазы в почве, сформированной кимберлита, касситеритовые выветриванием вкрапления и отложения колумбит-танталита могут быть рассмотрены как элювиальные отложения. К элювиальным рудным отложениям относятся россыпные месторождения вольфрама и золота, сформированные оседанием и обогащением за счет выдувания веществ с меньшей плотностью.

ПРОЛЮВИЙ, ПРОЛЮВИАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ — рыхлые отложения продуктов разрушения горных пород, смываемых и выносимых по ложбинам (эрозионным бороздам) временными потоками от атмосферных осадков к подножию возвышенностей. В отличие от деллювия обломочный материал менее окатан. Слагает он конусы выноса, раскидывающихся веером за пределами устьев ложбин выноса, где, сливаясь, они образуют одну наклонную полосу — пролювиальный шлейф. У вершин конусов выноса материал грубообломочный — галька и щебень с песчано-глинистым заполнением, а к периферии он мельчает до глин.

ОТЛОЖЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫЕ —связанные с деятельностью человека (отвалы горных выработок, эфеля, ирригационные наносы, дамбы, “культурные” наслоения городов и т. п.

Аллю́вий — несцементированные отложения постоянных водных потоков (рек, ручьев), состоящие из обломков различной степени обкатаности и размеров (валун, галька, гравий, песок, суглинок, глина).

По формам аллювиальных тел

Аллювиальные отложения делятся на две большие группы — русловые формы и морфологические элементы межруслового пространства.

§ Морфологические формы в руслах

§ Аллювий русловых островов и отмелей (баров)

§ Продольные русловые бары

§ Прикрепленные к берегу бары

§ Поперечные бары

§ Песчаные отмели

§ Русловые дюны

§ Меандры

§ Аллювиальные конусы выноса

Морфологические формы межруслового пространства

Прирусловые валы

Поймы

Террасы

Реки обычно текут в вытянутых пониженных формах рельефа — долинах, наиболее пониженная часть которых называется руслом, а часть дна долины, заливаемая высокими речными водами, —поймой, или пойменной террасой.

По́йма — часть речной долины, затопляемая в половодье или во время паводков.

Ширина пойм равнинных рек обычно составляет порядка от ширины русла до нескольких десятков ширин русла, иногда достигает 40 км. Участки бывшей поймы, которые находятся выше уровня современного поднятия вод в половодьеили паводок, называются террасами.

Речны́е терра́сы — горизонтальные или слегка наклонённые по течению площадки в долинах рек. Террасы обычно сложеныаллювием и находятся на уровне древних пойм.

Как правило, террасы возникают при опускании базиса эрозии и образования рекой нового профиля равновесия: русло опускается, прорезая пойму, которая становится террасой. Изредка террасы возникают при перекосах земной поверхности, вызванных тектоническими движениями, а также вследствие климатических изменений.

В зависимости от геологического строения выделяют следующие террасы:

§ эрозионные (аллювий, слагающий террасу, имеет небольшую мощность);

§ цокольные (аллювия много, и коренные породы обнажаются только в нижней части бортов долины);

Аккумулятивные (река прорезает только древний аллювий).

Аккумулятивные террасы характеризуются тем, что их площадки и уступы полностью сложены аллювиальными отложениями. Среди них по строению и… Распространяясь по поверхности земли в сторону падения рельефа, вода разрушает…

Геологическая деятельность морей, озер и болот. В основном геологическая деятельность моря определяется разрушением морского берега под действием прибоя (абразия). В морях и океанах осадки распределяются в основном равномерно.

Материал, из которого слагаются морские отложения, образуется главным образом за счет сноса с суши. Он поступает в море в виде водных растворов или твердых частиц. Растворенный в воде материал переходит в осадок или химическим путем, выпадая из раствора, или через посредство живых организмов.
Отложение твердых частиц, поступающих с суши, подчиняется одинаковым закономерностям независимо от их происхождения.
По способу образования различают осадки: терригенные, образованные за счет сноса и переотложения обломочного материала, возникающего на суше при разрушении горных пород, или за счет вулканических выбросов; органогенные, происшедшие за счет скопления на дне моря остатков организмов или при участии жизнедеятельности последних; химические, осаждающиеся химическим путем из морской воды.

Рис.4 Берег моря. Абхазия.

Озерами называются замкнутые углубления на поверхности земли, заполненные водой и не связанные с морями и океанами.

Отложения озёр представлены терригенными, хемогенными и органогенными осадками. Состав накапливающихся в озёрах осадков в первую очередь определяется климатической зональностью.

Озерные отложения представляют собой донные отложения озер. Они сложены наиболее тонкими частицами мелкозема — глинами и илами с хорошо выраженной слоистостью (ленточные глины), отражающей сезонные и многолетние процессы их формирования. Илы с высоким содержанием органических веществ (15-20%) называются сапропелем, который используется как Ценное органическое удобрение, обогащенное элементами питания для растений. По мере обмеления и зарастания озер образуются болота, которые постепенно превращаются в мощные торфяники. Озерные болотные отложения часто имеют повышенное содержание извести и железа, а в сухих и жарких областях обогащены водорастворимыми солями, гипсом, карбонатами кальция. Большое распространение озерные отложения имеют в северо-западных областях европейской части России, в Прикаспийской низменности, в Западной Сибири.

Болотами называются участки земной поверхности, избыточно увлажненные, с развитой специфической растительностью и покрытые торфяниками.

При создании водохранилищ происходят аналогичные процессы. При этом создаются условия, благоприятные для волнообразования и разрушения берегов, сложенных малоустойчивыми породами.

Геологическая работа ледников. Различаются ледники горные и материковые.

Выделяются три основных типа ледников: 1) материковые, или покровные; 2) горные; 3) промежуточные, или смешанные. Рис.5 Горный ледник. Канада

Камы —куполовидные крутосклонные беспорядочно разбросанные холмы, состоящие из слоистых отсортированных песков, супесей, суглинков с примесью гравия и прослоев глины, отложенных проточными талыми ледниковыми водами.

Зандры и создаваемые ими зандровые поля образуются за грядами конечных морен и представляют отложения талых ледниковых вод, растекающихся на большие равнинные пространства.

 

Региональная геология РФ

Инженерно-геологическое районирование территории РФ базируется на тектонической схеме, предусматривающей выделение крупных структурных единиц.

В соответствии с тектонической схемой, составленной А. А. Богдановым (1964), такими структурными единицами являются:

I — древние докембрийские платформы (Русская и Сибирская);

II — молодые эпипалеозойские плиты (Западно-Сибирская и Туран екая);

III регионы байкальской (допалеозойской) складчатости (Байкальский, Таймырский);

IV—регионы каледонской (раннепалеозойской) складчатости (Алтае-Саянский, Западно-Казахстанский);

V — регионы герцинской (позднепалеозойской) складчатости (Уральский, Восточно-Казахстанский, Тянь-Шаньский);

VI — регионы мезозойской складчатости (Верхоянский, Восточно-Забайкальско-Приамурский, Охотско-Чукотский и др. );

VII — регионы альпийской складчатости юга СССР (Карпатский, Крымский, Кавказский, Копетдагский, Памирский);

VIII — регионы альпийской складчатости востока СССР (Камчатский, Сахалинский).

Природно-климатические факторы оказывают непосредственное влияние на архитектурно-планировочную структуру и конструктивные решения жилища. Исходя из этого разработка проектов жилых домов для сельского строительства производится согласно районированию, по которому вся территория страны разделена на 28 проектно-строительных районов. Границы этих районов соответствуют природно-климатическим, инженерно-геологическим и социально-экономическим условиям, сложившимся в СССР.

В состав критериев строительно-климатического районирования вошли следующие: продолжительность периода среднесуточной температуры воздуха равной или ниже 0°С в течение 190 и более дней в году, повторяемость типов погоды, «критическая» запыленность, ландшафтная характеристика и др.

Каждому проектно-строительному району соответствует строительно-климатическое зонирование.

Обобщенная структура строительно-климатического зонирования.

Зона I в основном охватывает территорию Заполярья, северную часть Сибири и Якутию, т. е. Крайний Север. Для Крайнего Севера характерны самые суровые природно-климатические условия, которые отрицательно сказываются на жизни, быте и трудовой деятельности населения. В зимний период морозы здесь доходят до 60°С. Дискомфортные условия усугубляются особой спецификой сельскохозяйственного производства, связанного со значительной отдаленностью мест приложения труда от стационарных поселков, постоянно обитаемого жилища.

Зона II включает северные районы европейской части страны, Восточную и Западную Сибирь, Забайкалье и Камчатку. Эта зона характеризуется резко континентальным климатом. Зимний период этой зоны отличается сильными морозами — в среднем — 40°С, в то время как летний период — жаркими, солнечными месяцами со средней температурой 30°С. Обилие снега (за исключением Забайкалья) и сильные ветры приводят к частым заносам.

Зона III объединяет центральную часть европейской территории страны. Она отличается умеренными климатическими характеристиками и имеет среднюю температуру в зимний период -20°С, а в летний +20°С. В средней полосе, как и на Севере, значительную часть года жилище предназначено для защиты человека от неблагоприятных климатических условий.

В зону IV входят южная часть европейской территории, страны, включая Кавказ, и территория Средней Азии. Южная зона, определяемая жарким климатом, в общих чертах может быть разделена на три подзоны: юг европейской части страны, территория Средней Азии и Закавказье. На территории этой зоны располагаются степи, полупустыни, пустыни, предгорья, горные районы и субтропики. Климатические условия каждой из подзон имеют свои специфические особенности. В степных районах дискомфортность связана с частыми суховеями, в пустынях и полупустынях — с песчаными бурями, в предгорных и особенно в высокогорных районах — с меняющими направления воздушными потоками.

Следует учитывать, что режим эксплуатации жилища зависит от комплексной климатической характеристики, т. е. продолжительности типов погоды, которая определяется температурой, влажностью воздуха и скоростью ветра. Установлено семь типов погоды, а именно: комфортная, теплая, сухая, жаркая, жаркая с нормальной и высокой влажностью, прохладная, холодная и суровая.

Помимо климатических характеристик строительно-климатическое зонирование учитывает и другие региональные факторы, как, например, природные и геологические данные, и включает в себя ландшафтные характеристики территории, сейсмические условия, наличие вечной мерзлоты, просадочных грунтов и т. д.