Принцип инженерно-геологического изучения карста - комплексность.

Изыскания включают изучение

а) климата, гидрологии, рельефа, растительности

б) геологии, гидрогеологии,

в) состояния инженерных сооружений (в связи с карстом).

Применение геофизических методов.

Электроразведка устанавливает :

- глубину скрытых отложениями карстовых воронок

- участков с разными Кф; уровень подземных вод,

объемы и структуру трещинноватости;

 

Строительство и эксплуатация ПГС как правило, активизирует карстовые процессы.

МЕРЫ_сдерживания_карста

АКТИВНЫЕ

--засыпка карстовых воронок на осваиваемой территории,

--тампонирование или обрушение полостей

--отвод агрессивных подземных и поверхностных вод,

блокирование потока водонепроницаемыми экранами,

--изменение водного баланса карста дренажем

 

ПАССИВНЫЕ МЕРЫ

- На опасных участках не строят. Дороги укрепляют продольными и поперечными ж/б балками. В особо опасных участках устраивают сигнализацию светофорами.

 

СУФФОЗИЯ

Суффозией называют: Механический вынос мельчайших частиц потоком подземных вод из массива грунтов с образованием воронок, оседания поверхности земли.

suffodio (лат.) - подкапывать. Растворение играет подчиненную роль, оно лишь освобождает зерна породы и разрыхляет ее, благодаря чему увеличиваются скорость фильтрации .

 

Суфффозия проявляется в мелких песках с зернами карбонатов или песчаниках со слабым карбонатным (глинистым) цементом.

Суффозияразвивается сравнительно мед­ленно (годы, десятки лет) и отрицательно сказывается на устойчи­вости зданий и сооружений.

Условия возникновения механической суффозии:

1) определенный гранулометрический состав и структура песка D/d=20

2) при значительном гидравлическом градиенте, I>3 на крутом берегу реки, при быстром спаде паводкового уровня реки, в основании плотин, утечке ливневой канализации дороги.

3) контакте слоев (Кф1/Кф2>2), например лесс/известняк, песок.

 

Пример контактной суффозии:

Ростов-на-Дону лёссовые грунты, залегающие на известняках: пустоты достигают не­скольких метров в диаметре, вызывают провалы поверх­ности земли с повреждением зданий и подземных коммуникаций.

 

Техногенная суффозия формируется в городах над трубопроводами: оседания и провалы дорог.

Как исследуется суффозия, например в лессах

 

При ИГ-изучении суффозии в глинах и лёссах выясняют:

а)какие породы и в каких местах легко теряют прочность при увлажнении и вымывании солей

б) грансостав и структуру грунта

в)за счет каких источников и по каким путям может осуществляться турбулентное движение воды через размытую породу.

 

Борьба с суффозией

- регулированием поверхностного стока атмосферных вод и

- гидроизоляцией поверхности земли;

- перекрытием места выхода подземных вод тампонированием;

- устройст­вом дренажей для осушения пород

-уменьшением скорости фильтрации воды;

-упрочнением ослабленных суффозией грунтов методами цементации, глинизации и т.д.

 

ПЛЫВУНЫ

К плывунам относят водонасыщенные рыхлые породы, преимущественно пылеватые и мелкие пески, которые при динамическом воздействии (вскрытии котлованами и горными выработками) разжижаются и ведут себя подобно вязкой жидкости.

 

Выделяют плывуны ложные и истинные. Ложные плывуны (К_ф 1-2 м/сут) приходят в движение под действием высокого гидравлического напора потоков подземных вод на морских и речных побережьях. Формируются зыбучие пески. Ложные плывуны легко отдают воду и становятся плотными.

ИСТИННЫЕ плывуны. Это пески водонасыщенные, мелкозернистые, почти пылеобразные с примесью 10-15% глинистой фракции (<1 мк). Вокруг глинистых частиц образуется связанная вода, ослабляющая структурные связи и снижающая К_ф до 0,05-0,001 м/сут. Плывуны не отдают воду дренам и их невозможно уплотнить. При высыхании они упрочняются за счет глинистого цемента.

Техногенные плывуны возникают при намыве насыпей из тонкозернистого песка при недостаточно обес­печенном отводе воды. Плывуны приходят в движение в бортах и на дне котлованов при сотрясениях. Нередко полностью или частично заполняют выработку.

 

ПРИМЕР:

1. Погружение бульдозера в песчаную насыпь при включении его мотора. Внезапное разжижение вызывается вибрацией насосов. При сейсмическом толчке в 1935 г. в Индии На р. Ганг рухнуло 350 мостов, опоры которых были заложены в водонасыщенных песках.

***

Из-за негативного влияния плывунов строительство значительной части Московского Метрополитена проводилось только в замороженном грунте.

***

Ленинград. Весной в 1972 г. произошел мощный выброс водопесчаной смеси в тоннель метро: ст. “Лесная”-“Выборгская” 1.5-километровый участок в течении нескольких часов был полностью затоплен. В мае 1995 г. тоннель оседал на 30-40 мм за несколько часов. Перегон был закрыт и затоплен навсегда.

***

Прорыв плывуна на поверхность возможен при интенсивном движении поездов на участке с плывунами.

Плывуны могут быть вскрыты при подрезке склонов во время строительства дорог. Выходы плывунов приводят к образованию оползней и оседаний склонов.

При строительстве 100-метрового трамплина на Воробьевых горах в Москве был вскрыт плывун , вызвавший оседание склона.

Борьба с плывунами

 

По периферии будущих котлованов, до подошвы водоносного пласта погружают сплошной шпунт вокруг пространства работ; понижают УГВ (этот метод успешен в ложных плывунах, в истинных применяют иглофильтры и, часто, неуспешно); замораживают плывун, закрепляют его инъекциями цементных и др. реактивов.

 

Пример.Байкало-Амурская ж-д магистраль: Северо-Муйский ж-д. тоннель

 

Длина тоннеля - 15,3км.Цена - 16,5 мрд.руб.

Трудились 30 тыс. человек в течение 1977 -2004 г.г.

CЛОЖНОСТИ:

- тектонический разлом с водопритоками n*100 м3/час, давлением воды ~34 атм, t~ +45^о. Откачано 20млн м³ водопесчаной смеси Новые решения : комплексное водопонижение, глубиной до 300 м; - химическое укрепление грунтов на большую глубину; сейсмостойкие двухслойные обделки тоннелей; автоматизированная система микроклимата в тоннеле; мониторинг окружающего массива, обделки.

Подтопление городов

Подтопление - подъем уровня подземных вод к поверхности земли за счет неуклонного повышения их запасов.

 

Около 30% количества атмосферных осадков питает грунтовые воды.

Вода в грунт поступает за счет утечек из водонесущих коммуникаций - водопровода, канализации, теплотрасс. В Москве - это свыше 20 тыс. км. Объем утечек из них (4 л/с*км²) в два раза превышает природное питание подземных вод.

 

Нарушение системы естественного дренажа

 

Эрозионная сеть в городах засыпается грунтом, что сокращает сток подземных вод.

Другая проблема - накопившаяся под асфальтом влага не может испаряться. Доля асфальта и застроенной земли в городах составляет 80-90%. Ему соответствует самый высокий уровень влажности почвы.

 

Последствия подтопления

Сырость в подвалах домов и погребах, плесень на стенах подъездов, разрушение подземных конструкций городских сооружений, проседание домов. Накопление внутрипочвенной влаги

в подвалах зданий. На первых этажах зданий размножаются колонии микроскопических грибов, провоцирующие различные заболевания.

Себестоимость строительства на территориях с высоким уровнем грунтовых вод значительно повышается.

 

ЛИКВИДАЦИЯ ПОДТОПЛЕНИЯ

 

-- Устранение протечек в городской системе водоснабжения.

-- Восстановление природных дрен.

-- Переход к умеренному асфальтированию поверхности почвы в жилых кварталах.

-- В Европе стали внедрять пористый асфальт, который пропускает и испаряет излишки влаги.

 

 

Эндогенные процессы. Землетрясения

 

Землетрясение - мгновенное высвобождение энергии за счет разрыва горных пород в очаге.

Причина – тектонические движения в литосфере.

Гипоцентр(фокус) землетрясения – это условное положение очага на глубине.

Эпицентр -проекция гипоцентра на поверхность Земли.

Гипоцентры: мелко-фокусные (0-70 км), Средне-фокусные (70-300), Глубоко -фокусные (300-700).

 

Характеристика сейсмического эффекта: в России - 12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера- Карника (МSК-64).

МАГНИТУДА (Чарльз Ф. Рихтер): lg (максимальной амплитуды землетрясения ) на расстоянии 100 км от эпицентра.

Энергия при землетрясения пропорциональна скорости сейсмических волн, плотности слоев Земли, амплитуде смещения, частоте колебаний.

Типы упругих волн: Р-продольные, они попеременно сжимают и растягивают ГП. Их скорость зависит от плотности и модуля сдвига породы.

S-поперечные волны – смещают грунт 90^о к направлению движения волны. В жидкости не распространяются.

Поверхностные- подобно ряби расходятся по поверхности Земли.

 

Регистрация землетрясений– сейсмографы регистрируют: тип волны, направление волны, время приходя волны. 40000 датчиков регистрируют несколько сот тысяч землетрясений в году, 100 из них - ужасные.

 

Локализация землетрясений закономерна. Землетрясения происходят в зонах контактов литосферных плит: рифты, Ср.океанич.хребты. горные цепи. Очаги лежат в зонах Х.Беньофа (погружение плит в мантию).

Механизм землетрясений неясен.

Гипотезы: Шебалин Н.В. (1984) –зацепы твердых тел. Мячкин В.И. –лавинный рост трещин. Брейс У.,Нур А.М. – быстрый рост объема горных пород вслед за появлением трещин. Штольц К.(1990г.) – залипание контактов.

ЦУНАМИ– землетрясения с эпицентром в океане. Во всей массе воды возникают подводные волны,V=800 км/ч. У берега скорость падает до нуля,но амплитуда волны растет и порождает катастрофы.

МЕТОДЫ Прогнозов землетрясения. Два направления:

1. Выявление их предвестников, - выявление сейсмических циклов, скопления колебаний земной коры у будущих очагов.

2.Контроль деформации и наклонов земной коры. – изменения скорости сейсмических волн,изменения электрического сопротивления горных пород, изменения напряженности магнитного поля; колебания уровня грунтовых вод, содержания радона.

Срочность прогнозов: годы – недели – непосредственно перед землетрясением. Г. Хайчен (Кит) за 5,5 час предупредил землетрясение силой в М=7,3.

Сейсмическое районирование: выделение областей, в которых можно ожидать землетрясение определенной интенсивности. Районирование учитывает: геологические, тектонические, сейсмологические, физические факторы. Каждый бал сейсмичности сильно увеличивает цену ПГС!

Уровни районирования: Страна, регион, город. при этом учитываются состав грунтов, уровень грунтовых вод, рельеф кровли коренных скальных пород.

Неблагоприятные условия для строительства: обводненные грунты (гидравл удар), рыхлые суглинки, просадочнсть…

Проектирование: Конструкция зданий должна быть прочная и гибкая, рассеивающая колебания грунта. В Токио построены здания высотой 60 этажей. Здания раскачиваются как деревья и таким образом рассеивают энергию землетрясений.

ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА

 

Вечная мерзлота – это толща горных пород, залегающая вблизи поверхности земли, обладающая отрицательной температурой, которая сохраняется тысячелетиями.

 

Мерзлота занимает > 63% территории России и распространена севернее 48 с.ш.