Введение. Предмет и задачи инженерной геологии

Введение. Предмет и задачи инженерной геологии

 

Инженерная геология - отрасль геологии, изучающая Земную кору в связи с инженерной деятельностью человека.

Земная кора - твердокаменная оболочка Земли.

Геология - наука о происхождении, строении, развитии Земли, основанная на изучении горных пород и Земли в целом с привлечением данных фундаментальных наук.

Человек является геологической силой, преобразующей Земную кору.

Масштабы инженерно-геологической деятельности человека.

15% суши занято промышленно-гражданскими сооружениями, 1 400 000 км железных дорог равны 25 долинам экватора Земли, длина каналов составляет три четверти расстояния до Луны, длина берегов водохранилищ равны длине экватора, 70% оползней провоцируются человеком.

 

Геологическая среда - верхняя часть Земной коры, которая испытывает или может испытать влияние инженерной деятельности человека.

 

Задачи инженерной геологии:

1.изучить геологическую среду

2.Дать прогноз изменений геологической среды.

 

Природные опасности.

тайфуны-землетрясения-наводнения-оползни-засуха-вулканическая деятельность.

Урон от опасных инженерно-геологических процессов: плоскостная и овражная эрозии-24%, подтопление-14%, наводнение и переработка берегов -13%, оползни и обвалы-11%,

землетрясения -8%

Предотвращение опасных инженерно-геологических процессов в 15-50 раз дешевле.

 

Инженерная геология изучает проблемы, возникающие в связи с инженерной деятельностью человека.

 

История инженерной геологии.

Гражданское строительство зародилось с первыми поселениями человека и инициировало изучение свойств геологической среды.

Древние сооружения поражают своим масштабом и сложностью.

Средняя Азия, Двуречье - 2000 до н.э.. Великая Китайская стена - 7000км - IIIв до н.э.

Древний Рим – 1 в до н.э., Помпеи. Малая Азия – гидротехнические сооружения – канаты.

Основные этапы развития геологии.

XV-XVIв.в.- описательная геология – исследование минералов и горных пород.

XVII-XVIII в.в. - исследование геологических процессов и геохронологии.

1763 г. М.В.Ломоносов – Организация геологической науки в России.

1795г. - Дж. Хаттон. Книга История Земли.

1789-94гг. В.Н.Лебедев и Д.И.Иванов – первая литологическая карта Забайкалья.

1815 В.Смит: Геологическая карта Англии. Разработка палеонтологического метода.

1830 г. Чарлз Лайель, Ж.Кювье - разработка принципов геологии.

1840 г. Н.И.Кокшаров геологическая карта Восточно- Европейской части России

1841 г. Д.К.Гельмерсен - разработка карты горных формаций Европейской части России

1882 г. Создание Геолкома.

В начале ХХ века геологические дисциплины развиваются особенно быстро. Увеличились масштабы инженерных сооружений, их стоимость и риск катастроф.

Для обеспечения инженерных работ развивается теоретическая база инженерной геологии. Появляются дисциплины: грунтоведение, гидрогеология, региональная инженерная геология, инженерная геодинамика.

1936г. - первый учебник по инженерной геологии (В.Ф.Саваренский)

1937г. В МГУ, МГРИ начата плановая подготовка инженеров-геологов. Труды М.М.Филатова, В.А.Приклонского, И.В.Попова.

В западной Европе в ХХ веке - теоретические работы в области грунтоведения, механики грунтов и геотехники: К.Терцаги, А.Скемптон, Д.Tейлор (K.Terzaghi, A.Skempton,D.Taylor). Они легли в основу расчета устойчивости сооружений, построенных на грунтах.

 

 

Строение земли

 

Методы изучения Земли: геологическое картирование, горные выработки, физические поля, метеориты, изучение вулканической деятельности.

Земля состоит из сфер: ядро – мантия – литосфера (Земная кора).

1896 г. Э.Вихерт предположил существование «железного» ядра Земли.

1912г. Б.Гутенберг открыл жидкую часть ядра (глубина 2885 км.) по слабым сейсмическим колебаниям.

1936г. И.Леманн на основе сейсмических методов открыла твердую часть ядра (глубина 5150км).

Центр Земли -7200^оС, р =3 млн. атм., плотность =12,5 г/см³, состав: Fe – 80%, Ni – 20%.

1909г. Андрий Мохоровичич(Хорватия) открыл нижнюю границу Земной коры.

1960 г. Дж.Морган и Кс. Ле Пишон: разработали понятие литосферы, включающей (50-100 км) Земную кору, плавно переходящую в Астеносферу. Астеносфера простирается на 100-350 км, обладает высокой температурой и пластична.

350-2885 км – область распространения Мантии Земли, ее плотность меняется от 3.3 до 9.7 г/см^з МАНТИЯ неоднородна и исследуется методом Сейсмической томографии.(Аki K., Christofferson A and Husebye E. S.,1977,1984г.- Дон Андерсон Адам М. Дзевонский.)

 

Исследование структуры ЗК.

А.Вегенер - 1929г. Гипотеза дрейфа континентов.

Концепция

1.Единый пра-континент

2.Прилив Луны, разрушил континенты.

3.Центробежные силы привели континенты в движение.

А. Вегенер привел 26 доказательств существования пра-континента, дрейфа его фрагментов и реконструировал их движение.

Недостатки: нереальный механизм движения и разрушения континентов.

Крупнейшие открытия открытия ХХ века в геологии:

(Гарри Гесс, Тузо Вильсон, Джеймс Морган, Роберт Дитц и др.)

1950-е остаточная намагниченность горных пород и инверсия магнитных полюсов Земли

1960-е полосовые магнитные аномалии дна Атлантического океана.

1950-е г.г открытие системы срединно-океанических хребтов.

1960-е г.г. открытие зон Hugo Benioff – зон субдукции.

 

Важнейшие гипотезы о строении Земли и Земной коры

Дж. Морган., Ксантив Ле Пишон. На основе новерйших достижений геологии разработали теорию глобальной тектоники плит.

1.Плиты – фрагменты литосферы: океанические и континентльные.

2.Механизм – тепловая конвекция в мантии.

3.Плиты_непрерывно_созидаются_и_поглощаются: cпрединг-субдукция

 

1994 г.Ш.Маруяма.Концепция плюмов.

1.Скопление литосферных плит у границы мантии

2.Прорыв плит к ядру

3.Всплеск плюмов

4.Расщепление плюмов и перестройка Земной коры с образованием срединно-океанических хребтов с периодичностью n*100 млн лет.

 

Земная кора разделяется на океаническую и континентальную.

Строение океанической части коры - «базальтовый слой» – «осадочный чехол».

Строение континентальной части коры – «базальтовый слой» - «гранитный слой» - «осадочный чехол».

 

Вертикальные движения континентов

Дж. Холл (США),1857-59г.г., Дж. Дана(США.), 1873г., Э. Ог (Фр.) впервые разработали представления об особо подвижных поясах Земной коры - геосинклиналях , которые сочетались с устойчивыми областями – платформами (А.Карпинский.,А.Зюсс).

Виды вертикальных движений Земной коры. Орогенические - горообразовательные.

Эпейрогенические–медленные колебательные (автор Г.Джильберт,1890 г.).

Трансгрессия – опускание Земной коры и наступление моря.

Регрессия – подъем Земной коры и отступление моря.

Примеры современных колебательных движений Земной коры. Кавказ –> 8-13мм (+). Балтийский щит 8-10 мм (+), Черноморское побережье Кавказа 12мм (-), Одесса 4 мм (-).

Новейшие тектонические движения наблюдаются по изменениям ландшафта и очень важны для прогноза инженерно-геологических процессов и явлений.

Опускание Земной коры приводит к наступлению береговой линии морей на сушу; подъем грунтовых вод и воды в колодцах; заболачивание ранее культурных земель; рост береговых отмелей; углубление речных врезов.

Дифференциальные движения Земной коры: сейсмичность; обвалы и осыпи на склонах;

оползни.

 

Геохронология

В 1896 году Анри Беккерель открыл радиоактивное излучение урана.

Установлено: темп распада радиоактивных изотопов зависит только от внутриатомных процессов. Установлено, что период полураспада – постоянная величина для каждого радиоактивного элемента.

П. Кюри и Э. Резерфорд предложили использовать радиоактивность, как часы для оценки возраста горной породы от начала ее существования.

При определении абсолютного (в годах) возраста горной породы используют соотношение концентраций исходного изотопа и продуктов распада, и период ½ распада:

Т= 1/* ln (D/M+1),

 - скорость распада изотопа.

D/M – соотношение масс материнского изотопа и продуктов его распада

Пример. периоды полураспада:

• U238 -> 8He + Pb206 4.5 мрд.лет

• U235 -> 7He4 + Pb207 710 млн лет

• K40 -> Ar40 100 тыс.лет.

Э.Резерфорд – Впервые определил возраст магматической горной породы - 2 мрд лет.

В.Болтвуд 1907(Канада) предложил считать возраст самой древней горной породы равной возрасту Земли. Артур Холмс и сотрудники в 1911г. сопоставили абсолютный возраст горных пород с разделами с эпохами геологической истории.

История Земли была воссоздана в XIX веке путем исследования развития органического мира и последовательности формирования осадочных горных пород.

 

Исследование истории Земли сопровождалось формированием принципов геологии и ее теоретических и прикладных методов.

Леонардо да Винчи. Принцип суперпозиции. “Cлои, располагающися выше моложе нижних ”. Н.Стеннон: пока формировались нижние слои - верхних еще не было.

Жорж Луи Леклер де Бюффон (1707-1788 Фр.) («История Земли» 36 т.т.) Земля имеет некую длительную и содержательную историю. В.Смит (1796 г.). Принцип руководящих органических остатков: каждому слою осадочных пород соответствуют свои сочетания органических остатков, которые можно использовать для установления относительного возраста слоев и их корреляции.

Жорж Кювье (Georges Cuvier.1769–1832). Концепция катастроф: периоды коренного преобразования органического мира связаны с геол. катастрофами.

Ч. Лайель. “Принципы геологии”(1833г.). Принцип актуализма: современные геологические процессы подобны процессам, происходившим в геологическом прошлом. Возраст Земли невозможно определить геологическими методами.

• В XIX веке сформировалась наука стратиграфия, изучающая последовательность залегания земных пластов и их взаимоотношение друг с другом. В этот период разработана стратиграфическая шкала, разделившая истории Земли на отдельные временные этапы. Однако, их продолжительность оставалась неизвестной.

Современная хронология истории Земли имеет две шкалы:

• cтратиграфическая - подразделение геологических отложений.

• геохронологическая – время формирования отложений.

Геохронологические и стратиграфические подразделения соответствуют друг другу:

Эоны - эонотемы, Эры - группы, Периоды – системы, Эпохи - отделы, Века - ярусы.

Крупнейшие подразделения геохронологической шкалы эоны : Архейский - Протерозойский –Фанерозойский. Фанерозойский эон делится на эры: Палеозойская -Мезозойская -Кайнозойская. Каждая эра делится на периоды, эпохи и века. В течение эры формируются отложения горных пород - группы – это подразделения стратиграфической шкалы. Группы подразделяются на системы, сформировавшиеся в течение одного периода. Системы подразделяются на два или три отдела, которым соответствуют ранняя, средняя, поздняя эпохи. Отделы разделяются на ярусы, которые характеризуются присутствием определенных родов и видов ископаемой фауны. Ярус формируется в течение века и т.д.

Геохронологическая и

стратиграфическая шкалы

Эра, млн лет Kz 68	Период, млн лет   Q 2
Kz 67	Q 1,5
N 25
Р 41
Мz 173	К 70
J 58
Т 45
Рz 330	Р 45
С 55
D 70
S 30
0 60
C 70
Рt: около 2000
Аr: 1500-2000

Как мы определяем относительный возраст отложений?

1.Мы_обнаруживаем комплекс органических остатков в изучаемых слоях.

В соответствии с ним находим место слоям в стратиграфической шкале, которая полностью отражает развитие органического мира в истории Земли. Однако мы не можем дать ответ: сколько лет назад произошло накопление этих отложений.

Для этого существует абсолютная геохронология, которая определяет возраст отложение радиоизотопным методом.

 

 

2. Состав Земной коры. Минералы и горные породы

 

Состав Земной коры:

О-47, Si-28,

Al–8, Fe- 4, 87% ,

 

Ca,K,Na,Mg - 11%

 

92% массы ЗК – минералы - алюмосиликаты

 

Известно 10 млн химических соединений. Из них, несколько тысяч неорганических соединений. Минералов – 4000. Известно 3000 разновидностей минералов, возникающих вследствие примесей и вариаций в структуре кристаллической решетки.

 

 

МИНЕРАЛ

Природное хим. соединение кристаллической структуры, образовавшееся на Земле как результат геологических и геохимических процессов или эквивалентных процессов на внеземных телах Вселенной .

Свойства минералов. Однородны (формула), упорядочены –кристаллическая структура.

 

История изучения минералов.

1669 Н.Стеннон – закон постоянства углов.

1775 К. Линней - классификация минералов.

1824_Й. Берцелиус классификация минералов по химическому составу

1828_ Ул. Николь – измерение поляризационных свойств минералов.

1849_ Г.Сорби – минералогический микроскоп. Анализ минералов в шлифах.

1912_М_Лауэ_открытие дифракции Х-лучей на кристаллах

1913_У. и Л. Брегг- расшифровка структуры кристаллической решетки минерала

1931-У.Брегг Расшифровка и классификация структур силикатов.

Современные методы исследования минералов: ИКС, электронная микроскопия,

микрозондовый анализ, люминсцентный анализ, ядерно-магнитный резонанс.

 

В XIX-открыто 1000 минералов. Благодаря У. и Л. Брегам открыто 800 минералов-силикатов.

Многообразие минералов.

Литосфера на 95 % образована силикатами и содержит всего 200 безводных минералов.

На Луне обнаружено 90 минералов, в метеоритах – 175. В Земной коре образовалось более 2000 минералов с использованием воды и групп ОН^-

 

Распределение минералов в Земной коре.

 

1. Алюмосиликаты - 90% массы Земной коры (М_ЗК)

1а. Слоистые силикаты - 1,1% М_ЗК

они составляют 50% осадочных горных пород.

2. Окислы и гидроокислы - 5% М_ЗК

Известно 200 минералов. Они включают 30 химических элементов.

3.Карбонаты – 1,5%М_ЗК

4.Сульфиды – 40 минералов

5.Галогениды -100 минералов

6.Сульфаты -300 минералов - 0,1% М_ЗК

7.Соли кислородных кислот: SO₄ - SiO₃ - PO₄

8.Самородные химические элементы –30 минералов.

 

Около 40 минералов являются породобразующими. Они составляют 99% Мзк.

 

По генезису минералы делят:

1.эндогенные (Силикаты,кварц,оливин…)

2.Экзогенные (гипс, кальцит, глинистые минералы…)

3.Метаморфические минералы (слюды, роговая обманка,хлорит…)

 

Горные породы.

 

Горные породы - природные минеральные агрегаты с устойчивым составом и структурой, залегающие в виде самостоятельных тел в Земной коре.

Горные породы повторяют системную организацию минералов на новом уровне.

Состав горных пород – минералы (у минералов –атомы). Строение горных пород- устойчивые пространственные сочетания минералов ( у минералов геометрическая упорядоченность). Форма горных пород – самостоятельные тела в Земной коре ( у минералов - правильные многогранники).

 

 

Магматические горные породы образуются при застывании магмы. Их состав и строение определяются химическим составом магмы, термодинамическими условиями и динамикой ее охлаждения в Земной коре.

 

Магматические горные породы определяют по ассоциации минералов и структуре.

Гранит, например, состоит из кварца-30%, плагиоклазов-30%, калиевых полевых шпатов-25%, слюд-10%, темноцветных минералов – 5%.

 

По условиям формирования магматические породы делят на интрузивные, эффузивные, пирокластические. Первые образуются на большой глубине, остывают медленно с образованием полнокристаллических структур. Вторые – возникают из магмы в верхних слоях Земной коры при быстром остывании и обладают стекловатыми, порфировыми и скрытокристаллическими структурами. Пирокластические породы образуются при литификации вулканического пепла.

 

Формы залегании магматических горных пород -дайка, силл, лаполит, лакколит,

шток, батолит. Общие свойства пород - высокая прочность (300-400 МПа), водонепроницаемость, инертность по отношению к агрессивным средам,

нерастворимость, возможна трещиноватость.

 

ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

 

Распространение: масса - 5% Земной коры. Площадь распространения - ¾ суши.

Механизм образования: разрушение - минералов и горных пород на поверхности Земной коры под действием физических, химических и органических агентов выветривания.

Процесс формирования осадочных пород включает разрушение - перенос-осаждение

Он определяет состав, форму, размер обломков, их структурную организацию.

 

Этапы преобразования осадка в горную породу:

Диагенез - дегидратация, окислительно-восстановительные реакции, кристаллизация солей, уплотнение, цементация.

Катагенез –изменение горных пород под влиянием факторов среды, удержание

равновесия с окружающей средой.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ горных пород: обломочные, хемогенные, органогенные.

 

Обломочные породы по размерам обломков делят на: грубые, песчаные, дисперсные.

Грубые обломочные породы делят на угловатые и окатанные (глыба,валун, щебень-галька, дресва-гравий), рыхлые и сцементированные (брекчия, конгломерат, песчаник, алевролит, аргиллит).

Виды природного цемента: силикатный, карбонатный, глинистый, железистый.

Дисперсные горные породы состоят из песчаной, пылеватой и глинистой гранулометрических фракций. Породы определяют по соотношению гранулометрических фракций – гранулометрическому составу (глина, суглинок, супесь).

определяющим является содержание глинистой фракции ( глина - > 30%, суглинок - 10-30%, супесь – 3-10%).

 

Хемогенные породы составляют 14% от объема всех осадочных отложений.

 

Образуются при выпадении солей из концентрированных растворов (в усыхающих морях и лагунах, минеральных источниках) в ходе реакций гидролиза, окисления – восстановления.

Примеры: гипс, ангидрит, известняк, мергель, глинистые минералы, пирит, известковый и кремнистый туфы и др.

Прочность пород зависит от состава и структуры.

 

ОРГАНОГЕННЫЕ горные породы - продукт жизнедеятельности организмов (моллюски, планктон, фораминиферы, микроорганизмы).

Примеры: известняк, известняк-ракушечник, диатомит, трепел, опока и др.

 

Прочность и структура органогенных пород определяются органическими остатками их цементацией.

 

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД.

Чаще всего высокая пористость. Низкая прочность, хорошая водопроницаемость. Структура пород определяет их прочность и сжимаемость.

Структуры осадочных горных пород разнообразны: обломочные, пелитовые, кристаллические, слоистые, зернистые, аморфные, органогенные и др.

ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ осадочных горных пород.

 

Слой - геологическое тело, однородная осадочная горная порода, ограниченная

2-мя параллельными поверхностями напластования, имеющий постоянную

мощность и большую площадь распространения.

Элементы: подошва, кровля, мощность (истинная, вертикальная)

Пласты разделяют по выдержанности мощности: пласт - линза – выклинивающийся пласт.

Положение слоев пространстве: горизонтальное - наклонное – складка.

 

Сочетание слоев -несогласие (угловое, стратиграфическое)

ДИСЛОКАЦИИ (деформации): нарушение первоначального залегания пласта.

Пликативные дислокации: моноклиналь, складка

Элементы складки: шарнир–линия общего максимального перегиба слоев: соевая поверхность, ось, крыло, замок, ядро.

ТИПЫ складок - прямые, наклонные, лежачие, ветвящиеся.

ЗНАЧЕНИЕ в инженерной геологии. При деформациях формируется трещиноватость, увеличивается водопроницаемость, снижается прочность, увеличивается сжимаемость, ускоряется выветривание.

 

ДИЗЪЮНКТИВНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ: сдвиг, сброс, взброс, горст, грабен.

ЭЛЕМЕНТЫ: сместитель, крыло – лежач, висячее.

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Метаморфизм – существенное изменение структуры, минерального и химического состава горных пород под воздействием глубинных растворов, газов, температуры и давления.

 

Типы метаморфизма. Региональный. Контактовый. Динамо-метаморфизм.

 

Региональный метаморфизм.

Факторы: эволюционный рост температуры и давления на обширных пространствах при прогибаниях Земной коры.

Ряды метаморфизма:

Примеры горных пород: глинистый сланец => филлит=> кристаллический сланец => гнейс. Известняк => мрамор. Песчаник кварцевый => кварцит.

Контактовый метаморфизм.

Факторы: высокое давление, температура , перегретые газы и растворы на контакте с магматическими телами, внедрившимися в Земную кору.

Примеры. Хлорит, серпентин, диопсид, мрамор, скарн, грейзен.

 

Динамо-метаморфизм.

Факторы. Высокие давления и температура, формирующиеся в зонах интенсивного складкообразования в Земной коре.

Примеры горных пород. Тектонические брекчии, милониты, глинистые и кристаллические сланцы и др.

Структуры, характерные для метаморфических горных пород: полнокристаллические, зернистые, ориентированные сланцеватые, плойчатые, очковые.

Свойства метаморфических горных пород:

n Высокая прочность

n Высокая упругость

n Анизотропия свойств !!

n Сланцеватость

n Возможна трещиноватость

n Низкая устойчивость на склонах.

 

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы одного вида могут формироваться в разных условиях. Например, глина: морская, озерная, речная. С другой стороны, в одной…  

ГЕОМОРФОЛОГИЯ.

Рельеф отражает динамику процессов, лежащих в основе его образования. Рельеф слагается из элементарных, хорошо выраженных форм. Примеры форм:

Грунт – это любая ГП, служа-щая основанием для сооружений или строительным материалом.

 

При проектировании и строительстве следует различать

-грунты как таковые и -массивы грунтов

 

потому что свойства грунта могут различаться в зависимости от условий его залегания, а показатели свойств, определенные по испытаниям отдельных образцов, могут отличаться от показателей свойств массива тех же грунтов.

 

Массив грунтов - «геологическое тело, образующее геологическую структуру или часть ее и характеризующееся присущими только ему составом, строением и инженерно-геологическими закономерностями

Состав и строение грунтов

В грунтах изучают все их компоненты—твердые, жидкие, газообразные.

 

Минеральная и органическая части грунтов.

 

твердую компоненту грунта, подразделяют на 5 групп:

 

Исходя из преобладаю­щих

-типов связи между атомами;

-физико-химич. и физико-механич. свойств

 

1) минералы класса первичных силикатов;

2) простые соли (галоиды,сульфаты, карбонаты);

3) глинистые минералы;

4) органическое вещество и органо-минеральн. комплексы.;

5) лед.

 

Горные породы (ГП) обладают структурой и связями между минералами, их обломками или агрегатами.

 

Структурные связи формируются при образовании ГП, ее развитии и зависят от ее генетического типа.

 

Связи могут быть:

-жесткими химическими, --200 -1200 кДж/моль --- которые имеют такую же природу, как внутрикристаллические связи, (граниты, песчаники, мраморы).

-водно-коллоидными, ---0,4-12 кдж/моль. Их прочность определяется молекулярными, капиллярными силами и др. (глины,суглинки).

 

пески, галечники, практически не обладают связностью

Структура – размер, форма элементов и способ их расположения в пространстве.

 

Элемент структуры– кристаллический обломок или агрегат кристаллов.

 

Для магматических ГП характерны структуры полнокристаллические, порфировые, скрытокристаллические. Их прочность зависит от прочности минералов.

Для метаморфических ГП типичны полнокристаллич. St, часто_анизотропные, трещиноватые. Прочность метаморфических ГП определяется минералами и распределением слабых связей в пространстве.

 

Осадочные сцементированные обладают размерами и формой обломков первичных пород. В их прочности важна характеристика цемента:

-его состав

-строение

-взаимодействие с элементами структуры.

 

Структуры обломочных несцементированных горных пород

разнообразны благодаря пестроте размеров, форм и пространственному положению элементов.

 

Структуры глинистых ГП бывают: ---ячеистые ---скелетные--- матричные.

Контакты в ГП – это места максимального сближения частиц. -Частицы взаимодействуют лишь по контактам. - Контакты воспринимают напряжение от нагрузки и могут разрушаться.

II. Вода переходного состояния: капиллярная вода

-в суглинках она достигает 1,2—1,6 м и -в глинах — 3—4 м- Поднятию воды препятств. сила тяжести.

Рассмотрим их подробнее

Физические свойства

  We – весовая влажность - отношение массы воды к массе сухого грунта, в порах… Плотность — это масса единицы объема грунта с естественной влажностью и природным (ненарушенным) сложением.

Пористость,—это суммарный объем всех пор в единице объема грунта.

где n— пористость породы в долях единицы; Vп — объем пор; V — объем… коэффициент пористости (е) — выражается только в долях единицы и отражает отношение объема пор к общему объему всех…

Плотность плотность сухого грунта d- масса твердого компо­нента в единице объема грунта при естественной (ненарушенной) структуре в отсутствие воды.

Плотность грунта и его минеральных частиц определяется экспери­ментально, а плотность сухого грунта обычно вычисляется по формуле

_d=/(1 + w), e = (_s/_d-) n=(1-_d/_s)

Деформируемасть.

 

Грунты, как и любые тела, сжимаются под давлением, т. е. изменяют свою форму. Деформации могут быть упругими, т. е. обра­тимыми, и остаточными- необратимыми

 

Обратимые деформации имеют небольшую величину и происходят почти мгновенно. В нескальных грунтах преобладают необратимые деформации.

 

Важнейшими показателями деформационных, свойств являются модуль упругости Еу, или модуль общей деформации Е_общ., а также

Общая относительная линейная деформация: _общ = _обр + _ост (ост— необратимая деформация). Эти показатели опре­деляются по следующим зависимостям (закон Гука):

 = Eо*_{общ ,} где

—нормальное напряжение, не превышающее предел упругости, т.е. не приводящая к нарушению целостности грунта.

 

Физический смысл Ео -напряжение при относительной деформации = 1.

Е₀: Сталь150000, стекло–70 000 бетон-14000 сосна-9000 грунт10-100 МПа

В практике модуль общей деформации применяется при расчете осадок оснований и сооружений.

 

Модуль общей деформации зависит от : St грунтов, отих вещественного состава, Wе и др.

 

 

При вертикальном давлении кроме нормальных напряжений, возникают и касательные. Достигая опреде­ленной величины они преодолевают структурные связи между частицами и сдвигают их относительно друг друга. Грунт разрушается.

 

Появление зон разрушения на склоне или откосе выемки может вызвать оползень, обрушение.

 

Во всех грунтах в зоне сдвига возникает трение между частицами,

которое описывают коэффициентом трения (f),при данном вертикальном

давлении: f=tg где —угол внутр. трения.

 

В связных грунтах сопротивление сдвигу оказывают структурные связи,

Они преодолеваются силой, равной силе сцепления между частицами. Обозначают эту силу сцепления «С» и измеряют в МПа,

- угол внутреннего трения и

С –удельное сцепление являются показателями прочности грунта.

 

Эти параметры определяют на специальных (сдвиговых) приборах в лаборатории или на соответству­ющих установках в полевых условиях.

 

От правильности их определения зависит

- устойчивость сооружений,

- устойчивость массивов грунта (…в откосах) и

- давления грунтов на ограждения и подземные сооружения.

 

Взаимосвязь показателей прочности описывается законом Кулона:

_пред.= _н * tg+ С где _{пред -} предельное сопр. сдвигу,МПа;

_н- нормальное давление,МПа.

Условия деформации образцов должны строго соответствовать условиям работы грунта под сооружением!

Пластичность — способность гл. грунта деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после…   Это свойство проявляет глин. грунт нарушенной St — в опреде­ленном интервале влажности.

____

R = 10*S*(K_ф)

Достоверно радиус влияния определяется опытными откачками воды и моделированием.

Приток воды к водозаборным скважинам

Движение подземных вод к ним в период откачки происходит в форме радиального потока. Объем воды, выдаваемой скважиной в ед. времени, наз. дебитом л/с, м^з/сут.

 

Дебит : cовершенная скважина, безнапорные воды.

 

Изменение уровня воды в скважине при откачкеназывают S- называют понижением. При определении дебита совершенной скважины применяют закон Дарси

Q=Kф*F*I F=2**x*y,

I = dX / dY

подставляя и интегрируя уравнение получим:

Q = 1,366*k_ф *[(2H – S)S / (lgR – lgr)] ,

где r-радиус скважины, R-радиус влияния скважины, S- понижение уровня воды в скважине при откачке, H-мощность водоносного слоя, К_ф- коэфф. фильтрации.

 

Решение получено французским ученым Ж. Дюпюи и лежит в основе большинства гидрогеологических расчетов.

Совершенная скважина, питаемая напорными водами.

Скважины, вскрывающие напорные воды, называют артезианскими

Напорные воды притекают к скважине со всех сторон в пределах мощности в/пласта - m.

 

При откачке воды из артезианской скважины ее уровень снижается на величину S в скважине. Образуется условная депрессионная воронка радиусом R. Применяя подход Дюпюи получаем

 

Q = 2,73*k_ф*m*S/ (lgR – lgr),

где m-мощность водонасыщенного напорного пласта

 

При интенсивной откачке динамический уровень, т. е. уровень воды в скважине, может опуститься ниже кровли водоносного горизонта .

 

Подтопление подземными водами застроенных территорий.

Основными причинами подтопления городов являются:

-инфильтрация утечек технологических вод,

-промышленных и хозяйственно-бытовых стоков,

-полив зеленых насаждений,

-экранирующее влияние водонепроницаемых ГП,

- изменение тепло-влажностного режима под зданиями, сооружениями , влияние барражного эффекта (задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).

 

Таким образом, подъем УГВ происходит за счет изменения баланса ПВ.

 

Для ПГС подъем уровня опасен, поскольку изменяет

-- влажностный режим грунтов зоны аэрации,

-- физико-механические и другие свойства грунтов и –

-- химический состав подземных вод.

 

Подъем уровня грунтовых вод происходит обычно до критического уровня 2-3 м до поверхности земли.

 

Наиболее активно подтопление развивается на территориях, сложенных лессовыми породами, так как здесь к слабой водопроница­емости добавляется анизотропия К_ф. Соотношение вертикального и горизон-тального К_ф составляет 5-7.

 

Пример.

Ростсельмаш: грунтовые воды за 40 лет поднялись на 18—20 м. Глубина залегания зеркала ПВ от поверхности земли в ряде случаев составляет 3 м.

В Волгодонске в период интенсивной застройки (80-е годы), уровень ПВ на некоторых участках поднимался со скоростью 0,5 м в месяц, что привело к развитию просадочных явлений в лессовых грунтах,

 

Мероприятия по борьбе с подтоплением подразделяют на

Профилактические

-организация стока грунтовых вод,

-дренаж,

-предупреждение утечек из водонесущих коммуникаций и др.

Защитные

--дренажные устройства у сооружений,

--гидроизоляция

Последние мероприятия осуществляются при эксплуатации сооружений.

 

Инженерная геодинамика.

Введение

 

Раздел геологии, изучающийизменения Земной коры (ЗК) называется геодинамика.

Изменения в составе , структуре, рельефе ЗКназываются геологическими процессами.Они развиваются непрерывнопод влиянием факторов эндогенной и экзогенной природы.

 

Геологические процессы совершают гигантскую работу по преобразованию рельефа и вещества ЗК. Согласно расчетам, средняя высота суши над морем 750м.За 8,3 млн лет твердое вещество суши может быть снесено в океан в результате водной эрозии. Каждый год реками удаляется с суши 50 мрд т вещества . (Человек перерабатывает 100 мрд т грунта).

 

НО…эндогенные процессы рождают новые формы рельефа земной коры.

Историческая геология свидетельствует о неоднократном разрушении грандиозных горных систем. Но континентальный рельеф существует, поскольку действуют силы, непрерывно созидающие сушу.

 

Инженерная деятельность человека концентрируется в самых верхних частях Земной коры. Геологические процессы развивающиеся при участии человека называют инженерно-геологическими (ИГ) или техногенными.

Дисциплина инженерная геодинамикаизучает изменения в поверхностной части земной коры в связи с инженерной деятельностью человека.

Цель дисциплины : разработка рекомендаций по защите ПГС и территорий от негативного влияния ИГ-процессов.

 

Своей деятельностью человек способен изменить силу и направление геологических процессов, НАПРИМЕР:

- Укрепить берег и остановить его разрушение;

- предотвратить разрушение вечной мерзлоты в городе;

- остановить развитие оползней.

- предотвратить подтопление городских территорий и т.д.

 

В его силах совершить и обратное.

 

ПРИЧИНЫ и ФАКТОРЫ развития ИГ-процессев.

 

Основой формирования геологического процесса является горная порода (грунт). Каждая порода по-разному меняется на воздействие одного фактора.

ПРИМЕР. С подъемом УГВ песок пропускает воду почти не меняя свойств, лессы увлажняются и обнаруживают провальную осадку, глина же водонепроницаема.

 

Другой аспект формирования ИГ-процессов– обязательные факторы. Без них процессы возникнуть не могут.

ПРИМЕР.

1)- Карстовые пещерыформируются при

проявлении трех факторов одновременно:

-наличия растворимых пород

-наличия растворителя

-наличия гидродинамического режима.

2) Подтопление города развивается только при смещении

баланса грунтовых вод в сторону пополнения их запасов.

 

Другие факторы развития ИГ-процессов не менее важны, но

их влияние на развитие процессов не является решающим.

 

Важное в исследовании геологических процессов

1.Выделение главных (обязательных) факторов , управляющих геологическими процессами означает понимание их природы.

2.Прогноз развития геол. процессов, учет влияния инженерной деятельности человека.

3.Принятие решения о способах предотвращения или устранения негативного влияния процесса на жизнедеятельность человека.

 

Инженерная геодинамика исследует около двух десятков ИГ- процессов, важных для хозяйственной деятельности человека. Их можно объединить по общности происхождения и особенностям развития в группы.

I. Выветривание

II. Деятельность поверхностных вод

- водная эрозия –образование оврагов, балок…

- геологическая деятельность рек

- переработка берегов морями, водохранилищами

- сели – грязекаменные потоки

- снежные лавины

 

 

III. Деятельность подземных вод

IV. Склоновые процессы

-Карст - обвалы

-Суффозия - осыпи

-Плывуны - оползни - ледники

VI. Деятельность ветра

VII. Промерзание грунтов

-Дефляция ->выдувание - морозное пучение

- корразия ->обтачивание - термокарст

- наледи

-солифлюкция

VIII.Факторы эндогенной природы.

IX.Техногенные процессы

- землетрясения - сдвижение грунтов над шахтами

- цунами - подтопление городов

- вулканическая деятельность

 

X.Процессы в специфических грунтах

- просадочные - набухающие

- органо-минеральные грунты - техногенные грунты

- элювиальные грунты - засоленные грунты

Выветривание

Это совокупность физических, химических и биохимических процессовпреобразования ГП и минералов в приповерхностной части земной коры. Выветривание зависит от климата, рельефа, органического мира. Наиболее важные агенты Выветривания – температура, кислород, вода..

 

Виды выветривания.

Выветривание физическое (механическое) - происходит под воздействием колебания температуры, минералы с анизотропными свойствами быстро разрушаются.

Пример: Коэффициенты объемного расширения_. ортоклаза, кварца и альбита относятся как 1:2:3. Коэффициенты линейного расширения у кристаллов кварца и СаСОз анизотропны. При изменении температуры возникают местные напряжения и разрушаются даже мономинеральные горные породы: мраморы, известняки. На микротрещинах пород адсорбируется вода, катионы и анионы. Они ослабляют химические связи.

Замерзание воды приводит к разрушению льдом (объем льда в трещинах на 9% больше объема воды).

При устройстве выемок, котлованов давление на ГП уменьшается, они начинают разрушаться из-за напряжения между кристаллами.

Пример: растрескивание базальта, мергеля.

Выветривание химическое - происходит под воздействием Н₂О, О₂, СО_2. При химическом выветривании минералы разрушаются с образованием новых устойчивых минералов, остальные переходят в раствор и выносятся водами.

 

Наиболее устойчив к химическому выветриванию в поверхностных условиях кварц, наименее, оливин, основные породы. Базальт, габбро быстрее выветриваются, чем граниты, диориты.

Химическое выветривание включает:

а) гидратациюминералов: Fe₂O₃ + nН₂0 => Fe₂О₃*nН₂О

б) гидролиз и растворение: К[AlSi₃O₈] + H₂O + CO₂ => => Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ (каолинит)+ K₂CO₃ + SiO₂ (калиевый полевой шпат => каолинит)

в)окисление (при свобод-ном О₂): Fe ²⁺=>Fe ³⁺

г) восстановление (при наличии погребенного органического вещества и деят-сти м/организмов в почвах и некот.водоемах); Fe₂O₃*nH₂O + С _орг. => Fе[СО₃] (гидроксиды железа => сидерит);

д) карбонатизацией : гидролиз минералов в процессе выветривания обычно сопровождается: 4Mg₂[SiO₄](оливин) + 4H₂O +2CO₂ => Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈ (серпентин)+ 2Mg[CO₃]

Кристаллизации солей в микротрещинах раздвигает их и механически разрушает породы.

 

Выветривание органическое - активное влияние растительных и животных организмов на литосферу, заключающееся в физическом и химическом разложении пород под воздействием выделяемых органических кислот, СО₂ и O₂, Биохимических процессов от бактерий почвы, а также физической деятельностти животных и растений (сверление, рост корней и т. д.). Особенно интенсивно выветривание в тропиках.

Кора выветривании (элювий) – поверхностная часть массива горных пород, преобразованная под влиянием выветривания. Ее мощность (0,5-20,0 метров) зависит от рельефа, климата, состава горных .

С глубиной кора выветривания угасает.

 

ОПОЛЗНИ

Это смещение массы грунтов вниз по склонам

под действием силы тяжести без опрокидывания.

 

Оползневым процессам подвержены

- склоны природные, берега водохранилищ и морей, склоны дорожных выемок и насыпей, склоны, сложенные моноклинальными слоями …

 

Схема оползня: Оползневое тело – поверхность скольжения– бровка срыва – оползневые террасы - вал выпучивания - подошва оползня

 

БАЛАНС СИЛ

Вес оползневого тела раскладывается на сдвигающую и удерживающую силы. Они определяют устойчивость склона. Природы последней силы описывается законом Кулона (сцепление частиц и трение).

 

Критические места оползневого тела:

- подошва оползня –вал выпучивания (роль сдерживания)

- поверхность скольжения (силы трения)

 

Причины возникновения оползней:

- чрезмерное увлажнение пород склонов

атмосферными и грунтовыми водами

- подрезка склонов (стр-во дорог, подмыв рекой)

- перегрузка склонов сооружениями

- давление подземных вод на слои делювия

- быстрый спад УГВ вблизи подтопленного склона (сработка водохранилищ – устранение взвешивающего влияния воды)

 

Оползни провоцируются

- землетрясениями,

- вибрацией от проходящего поезда,

-забивки свай

- штормами и ливнями

 

Пример: р-н Александровки в г. Ростове-на-Дону:

-перегрузка

-УГВ

-подмыв рекой

-поезда - сейсмичность.

Меры cдерживания – понижение УГВ, укрепление шпунтовыми стенками

 

УРОН

- при строительстве: разрушение территорий

- страдают дороги, т.к. проложены по склонам

разрушаются сотни метров и километры дорог

 

Для борьбы с оползнями надо знать:

 

Геологическое строение склона

- положение поверхности скольжения

- объем оползневого тела

- ГРУНТЫ: состав, состояние, С, f, Е_о, и др.

- причины, породившие оползень

- рассчитать модель оползня;

- прогноз устойчивости склонов

-- в природных условиях,

-- при инженерном воздействии,

МЕРОПРИЯТИЯ по борьбе и профилактике в оползневых районах:

 

Пассивные:

- посадка деревьев и кустарника на склонах

- укладка дерна

- запрет подрезания склонов

 

Активные;

- возведение опорных стен

- выполаживание склонов

- закрепление грунтов склона

- устройство земляных контрбанкетов и

ступенчатых откосов.

СЕЛЬ

Сель – временный грязекаменный поток.

Равнинная или горная река с каменистым дном переносят до 1 т/м3 твердого вещества. Плотность селевого потока достигает от 1,5 т/м3 до 2,6 т/м3. Содержание твердого материала в селевом потоке зависит от уклона русла потока.

Скорость потока достигает 6-7 м/сек.

Продолжительность селя 4-6 час.

В суспензии концентрируются фракции: галька, щебень, глыбы.

 

Условия, благоприятные для формирования селя

Геоморфология à долины рек, сухие долины с большими уклонами.

Литология à породы легко разрушаются при выветривании.

Метеорология à внезапное увеличение осадков (ливень, снеготаяние, внезапное преобладание теплых ветров). человек à вырубка леса ,выпас скота

Сель формирует свое русло и набирает скорость по мере движения. С уменьшением объема поступающей воды, поток слабеет и входит в свое русло и останавливается.

ПРИМЕР. Сель в Алма-Ате 08.07.1921 г.

Обилие снега и превышение годовой нормы осадков на 30%.

Породы – сильно выветрелые граниты, покрытые слабо сцементированными конгломератами и лессами.

Дождевые осадки: за ночь выпало 160% месячной нормы.

Вынесено в город 1,5 млн тонн грязевого материала за 4 часа. (За городом было отложено еще 5 млн тонн).

Песчано-глинистая водная смесь с  =1,3-1,5 т/м3, переносила крупные глыбы ( объемом до 50 м3).

Методы борьбы с селем

Регулирование водонакопления: - сброс уровня воды в озерах и прудах. (траншеи,туннели,каналы), - устройство нагорных каналов для перехвата водного потока и отвода его в сторону; - дамбы, разделяющие и направляюще поток; - емкости, аккумулирующие материал и снижающие энергию потока.

Запрет вырубки леса, выпаса скота.

Укрепление дна и бортов русел от размыва.

Устройство лотков, перепадов, стенок.

Селенаправляющие сооружения устраивают для отвода селя от объектов (небольшой сель может быть переброшен над дорогой по специальному лотку на опорах – селедуку или селеспуску).

 

Деятельность поверхностных вод

ПЛОСКОСТНОЙ СТОК

Плоские струи поверхностного стока захватывают рыхлый, мелкий материал и перемещают его вниз по склону.Этот процесс называется делювиальным.

Плоскостной смыв уменьшает крутизну склонов, они приобретают плавные очертания. Более грубый материал – песчаный отлагается в вершине шлейфа. В конце шлейфа - пыль и глина. Для делювиального процесса благоприятны равнинные степные районы.

От чего зависит формирование делювия

- рельеф, - количество атмосферных осадков, - физико-химические свойства почв, - растительный покров, - деятельность человека.

Влияние уклонов рельефа:

0,5-2,0 град. – смывается 5- 6 см слоя

2-5 град. - --“-- 13-16см

>5 град.(балка) - --“-- 32-35 см

В Ростовской области за год смывается 33млн т грунта с 1,5 млн га.

 

ВРЕМЕННЫЕ РУСЛОВЫЕ ПОТОКИ

Временные потоки оврагов равнин и временные горные потоки.

 

Этими потоками осуществляется: эрозия, перенос и аккумуляция.

Развитие оврагов начинается с РЫТВИНЫ ИЛИ ПРОМОИНЫ. Они разрастаются вниз и вверх по склону и в глубину. Энергичная эрозия, устремляясь вниз по склону, достигает устьем реку, озеро или море - базис эрозии. Углубление эрозионного вреза постепенно уменьшается и развивается боковая эрозия - склоны оврага постепенно осыпаются, - приобретают угол устойчивого естественного откоса и зарастают. В районах с рыхлыми породами, овраги быстро разрастаются. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, на огромных площадях. Далее она развивается в балки, лога, лощины, суходолы, увалы.

Ростовская область. Оврагообразование – 40 тыс га/ год. Протяженность оврагов - 40 тыс км. Скорость размыва – 1,5 м / год.

БОРЬБА Активная: выполаживание рельефа, регулирование поверхностного стока системой нагорных канав и водоотводящих валов, посадка деревьев, кустарников на склонах, подпорные стенки, лотки на дне оврагов.

ПАССИВНАЯ борьба: запрет выпаса скота вблизи эрозионной сети, запрет распахивания полей вблизи эрозионной сети.

Временные горные потоки

Формируются в верхней части горных склонов как система сходящихся рытвин и промоин. Они образуют водосборный бассейн. Из него по склону вода движется уже в едином русле. Во время дождей или снеготаяния все промоины и канал стока заполняются водой, которая с большой скоростью движется вниз по склону. Захваченный водой обломочный материал усиливает разрушительную работу потока. На предгорной равнине скорость течения уменьшается, твердый материал оседает и образуется конус выноса. В строении конусов выноса материал сортирован вниз по склону: от более крупного до тонкого. Отложения конусов выноса называют пролювием.

Геологическая деятельность рек

Реки – это постоянные потоки, совершающие большую эрозионную, переносную и аккумулятивную работу.

Способность рек производить работу называют энергией реки, или ее живой силой. Она пропорциональна массе воды и скорости течения. Взвешенные частицы и влекомые потоком по дну принято называтьтвердым стоком рек. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в породы дна реки. Боковая эрозиявызывает подмыв берегов и расширение долины. Соотношение видов эрозии меняется на разных стадиях развития долины. В начальных стадиях формирования реки преобладает глубинная эрозия. Река стремится сгладить неровности, стремясь к уровню моря или озера. Уровень бассейна, куда впадает река называется базисом эрозии. Он является общим для всей речной системы. В нижнем течении реки уклон продольного профиля приближается к горизонтальной линии, затухает глубинная эрозия.

Грубый обломочный материал усиливает донную эрозию, но и сам истирается и окатывается, образуя гальку, гравий, песок. Одновременно с эрозией и переносом происходит аккумуляция материала. Даже при явном преобладании процессов эрозии и переноса на отдельных участках аккумулируется обломочный материал.

Речные отложения, называются аллювиальными. Мощность аллювия реки Дон (г. ростов-на-Дону) – 25м, реки Темерник – 18 м.

Строение речной долины.Речная долина развивается стадийно. Первая стадияморфологической молодости: преобладание глубинной эрозии и V – образный, поперечный профиль долины, Вторая стадия морфологической зрелости:продольный профиль реки, приближается к кривой равновесия, поперечный профиль долины U – образный, река имеет хорошо развитую пойму.

В эпохи быстрых поднятий и опусканий земной коры в долинах рек появляются молодые эрозионные врезы V – образного типа. Причина – река меняет продольный профиль вслед за базисом эрозии. В реке формируется новая пойма на более низких абсолютных отметках. Из-за колебательных движений земной коры в речных долинах образуется лестница надпойменными террас, возвышающихся друг над другом.

Классификация террас по строению:

1. Эрозионные террасыобразуются в молодых горных сооружениях и слагается коренными породами.
2. Аккумулятивные террасысложены аллювиальными отложениями, а цоколь из коренных пород

Устьевые части рек. Различают два типа устьев рек – дельты и эстуарии. Дельты – это плоские низменные равнины (реки Волга, Дон, Днепр). Здесь река распадается на многочисленные рукава и протоки. В речных дельтах встречаются различные по своему составу и генезису отложения: пески и глины, озерные отложения, болотистые отложения (торфяники, на месте зарастающих озер), морские осадки.

Эстуарии – воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. у Сены, Эльбы, Темзы, С. Двина, Лена. Во время отливов морская вода вместе с речной образуют мощный поток, обломочный материал, выносится в море, где подхватывается береговыми течениями.

Эрозионная деятельность рек может провоцироваться человеком: сбор вод с орошаемых территорий; строительство водохранилищ изменяет базис эрозии участка реки (выше плотины – аккумуляция, ниже – эрозия).

БОРЬБА с неблагоприятными процессами:Подмыв берега рекой: укрепление берега, изменение скорости или перенаправление потока струй (буны,дамбы).ПОДВОДНАЯ часть укрепляется наброской камней, фашинами.

Пример: г.Ростов-на-Дону - облицовка набережной гранитом. Излучина Дона – шпунтовые стенки. Аксайский мост – наброска камней, бетонирование склонов, водоотводящие сооружения.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА МОРЯ.

Инженерно-геологические процессы и явления на берегах морей и водохранилищ активно влияют на промышленные и гражданские сооружения.

 

Море постоянно разрушает сушу, но и создает осадочные породы. Среди осадочных пород – 95% морские. Они формируются за счет твердого стока в море рек (64%) , солей рек (12%), ледников+ветра+абразии (12%), вулканического пепла (6%), биогенного материала (6%).

 

Берег Моря постоянно перемещается вследствие тектонических движений.

Факторы разрушения берега моря (Абразии):

- волнение на поверхности моря из-за ветра - параметры берега: профиль , глубина моря, состав и залегание ГП, - вертикальное колебание земной поверхности.

- факторы волны: сила удара от 7,2 т/м² (Ч.море), 10-30 т/м² (океан),

мощная волна перекатывает глыбы размером 30-40т на 10-20м.

- фактор течения: скорость 0.2 м/сек перемещает песок , 0,3 м/с - мелкий гравий, 1,2 м/с - гальку размером 3 см.

 

РАССМОТРИМ ДВА СЛУЧАЯ АБРАЗИИ:

1)крутой берег 2)пологий берег

1) Берег крутой и море глубокое

Прибой подтачивает берег и выравнивает площадку, которая называется абразионной террасой. Разрушенный материал относится в море и образует аккумулятивную террасу.

 

Слабонаклонные подводные террасы волну и снижают абразию. Накапливается пляж, береговые валы. В их образовании участвует аллювий впадающих рек. Скорость формирования абразионных террас контролируется вертикальными движениями ЗК.

 

2) Пологий берег. Абразии нет.

Происходит аккумуляция и перенос морских осадков.

 

в пляжной зоне образуются береговые валы: песок,галька,гравий.

В мелководье – подводные валы при забурунивания волн на глубине равной двойной высоте волн. Они параллельны берегу. Над уровнем моря могут подниматься валы-БАРЫ высотой несколько десятков метров и длиной десятки и сотни км.

Аккумулятивные формы моря:

Аккумулятивные террасына мелководье, пляж

Перейма (томболо) возникает, если между берегом и островом существует волновая тень. БОРЬБА с неблагоприятными явлениями. 1. Волноотбойные стенки криволинейной формы и облицованы бетоном или магматическими породами. Они отбрасывают волну. …

Типы карста и карстовые формы

2. Закрытый карст покрыт мощным слоем элювия. Снос продуктов выветри­вания происходит медленнее, чем развитие карста.Образуются пещеры,поноры… 3.Среднерусский карст перекрыт нерастворимыми осадочными породами: Центр…  

Принцип инженерно-геологического изучения карста - комплексность.

а) климата, гидрологии, рельефа, растительности б) геологии, гидрогеологии, в) состояния инженерных сооружений (в связи с карстом).

Строение вечной мерзлоты.

На севере структура мерзлой тощи включает деятельный слой (вверху), а глубже - сплошную ВМ. Деятельный слой тает весной. Его мощность зависит от… Вечномерзлые толщи могут быть сплошными и слоистыми, т.е. чередующимися с… Строение ВМ у южного края самое сложное, прерывистое, в долинах рек ВМ отступает на большую глубину (р.Лена).

РЕЖИМ ВМ

Динамика ВМ проявляется в большем распространении на юг и отступлении. ВМ деградирует. Согласно подсчетам, к концу ХХI века ее граница отодвинется на север на 500-700 км . Тепловая осадка морских берегов на севере может достигнуть 10 м, а береговая линия переместится на юг. Пострадает трубопроводный транспорт, и существующие объекты ПГС. Нужна новая стратегия строительства.

РОЛЬ ЛЬДА в ВМ .

На плавление льда при 0о требуется в 100 раз больше тепла, чем на нагревание горных пород.

Она имеет t = ОоС, поглощает много холода/тепла, поэтому служит буфером и препятствует изменению температуры в нижележащих слоях. В сухих породах ее… Вода в вечной мерзлоте (ВМ) Вечная мерзлота водонепроницаема. В водоносных горизонтах является водоупорной кровлей и ложем. Воды могут быть сильно…

Движение воды породах вечной мерзлоты

Гравитационная вода перемещается в замкнутых объемах при промерзании под влиянием возрастающего давления. Оно меняется, поскольку лед увеличивается… Скорость промерзания возрастает, если дорожное основание уплотнялось. Под… СОЛИФЛЮКЦИЯ - течение почв весной из-за таяния льда , накопившегося зимой у поверхности.

Исследования ВМ для целей строительства

- глубину залегания вечной мерзлоты , ее тип: сплошная, слоистая. - температурный режим деятельного слоя ВМ - режим подмерзлотных подземных вод

Цель ИГ-изысканий (ИГ-съемки) для обоснования проектной документации

-обоснование мероприятий по охране окружающей среды. Задача ИГ-съемки(1) – ее выполнение(2) – результат(3): (1) Выделение ИГ-элементов с оценкой расчетных параметров свойств грунтов.

Цель ИГ-изысканий (ИГ-разведки) для обоснования рабочей документации

Задача ИГ-разведки(1) - ее выполнение(2) - результат(3) (1) Оценка условий залегания и св-в грунтов под отдельными объектами ПГС (2) Проходка скважин, полевые и лабораторн. испытания свойств грунтов, геофизика.

Цель ИГ-изысканий на период строительства и эксплуатации объектов

Повышение надежности зданий и сооружений, охрана здоровья людей.

Задача (1) - ее выполнение(2) – (3) результат

(1) Уточнение ИГ-условий при вскрытии котлованов, выемок

Контроль за подготовкой оснований и водопонижением

Оценка состояния зданий и систем их инженерной защиты

(2) Проходка скважин, шурфов, испытания свойств грунтов, наблюдения за режимом

подземных вод и ИГ-процессами.

(3) Оценка ИГ- и ГГ-условий и их изменений в пространстве и во времени.

 

 

IY. Дополнительный материал

Глоссарий

АГРЕССИВНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД - groundwater aggressivity. Способность подземных вод путём химич. воздействия разрушать горные породы и различные… АДСОРБЦИЯ – adsorption. Поглощение поверхностью фазово-инородного тела… АНАЭРОБЫ – anaerobes. Организмы, развивающиеся в условиях отсутствия свободного кислорода. Энергию для жизнедеят-ти…