1. Инженерная геодинамика как научное направление. Ее содержание, история развития.
advertisement
1. Инженерная геодинамика как научное направление. Ее содержание, история развития. Инженерная геодинамика один из основных разделов инженерной геологии, изучает геологические процессы и явления, как естественные (природные), так и возникающие в связи со строительством сооружений и хозяйственным освоением территорий. Различают общую ИГД, региональную ИГД, геодинамическое грунтоведение. Широкое распространение и развитие геологических процессов и явлений вызывает необходимость в охране территорий, жизни и деятельности человека от их стихийного, вредного и опасного, а иногда и катастрофического проявления и в их прогнозе. ИГ признана решать вопросы строительства сооружений в особых геологических условиях, разрабатывать теоретические основы охраны территорий и прогноза геологических процессов и явлений. Объектами изучения являются: 1) региональное изучение и картографирование ЭГП, выявление закономерностей их распространения; 2) изучение механизма и генетических особенностей формирования ГП, их классификация; 3) прогнозирование геологических процессов, их составление, проверка, уточнение, оценка оправданности; 4) изучение и картографирование режима ЭГП. История: В.А.Приклонский (1949г.) четко определил полностью сохранившее свое значение содержание ИГ; И.В.Попов (1947,1959г.) определил ИГ в теоретическом отношении как отрасль геологии, изучающую динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека; Е.В.Сергеев (1974,1979г.) на основании учения Вернадского о неоносфере, считал что человек сильнейшая движущая сила; Г.К.Бондарик (1981г) в ИГ должны превалировать теоретические стороны, нельзя ограничиваться только прикладными задачами; В.Т.Трофимов научное направление ИГ, исследующее морфологию, механизм, ИГ причины и пространственно – временные закономерности формирования и дальнейшего развития верхних горизонтов земной коры 2. Взаимосвязь ИГ с другими естественными и техническими науками. ИГ имеет тесную связь со многими естественными и техническими науками. Стратиграфия древних четвертичных отложений, петрология магматических пород, морских осадочных, метаморфических и континентальных пород, также геотектоника являются базовыми науками для ИГ, необходимыми для анализа региональных условий. Почти всегда в задачи ИГ входят изучение особенностей литологии, стратиграфии, малых тектонических структур и трещиноватости как основы для ИГ оценок и прогнозов. Историческая, динамическая и геоморфология изучают динамику земной коры и формирование рельефа в историческом и региональном аспекте; океанология и гидрология изучают формирование и движение поверхностных вод; физическая и коллоидная химия изучают водные растворы, физика, механика упругих и пластичных и вязких, сплошных и дискретных тел; технические науки – горная и строительная - также сильно связаны; гидрогеология и мерзлотоведение – самые основные связи. Необходимость оценивать в количественной форме деформации пород и геологические процессы обусловила привлечение методов механики и математики. 3. Компоненты инженерно – геологических условий. В понятие ИГ условий входит вся совокупность компонентов геологической среды рассматриваемой территории и факторов, ее изменяющих, важных для решения поставленных проблем строительства сооружений и рационального использования территорий. К компонентам ИГ условий относятся: ГП и их свойства (комплексы, генезис, состав, текстура, залегание, литификация, физико – механические свойства); тектонические структуры (складчатые и разрывные, древние и новейшие, развитие, характер залегания, заполнители зон разломов); трещиноватость пород (генетческие типы трещин, распространение, интенсивность, ИГ характеристики); выветрелость (разуплотненность, выщелачиваемость, закарстованность, суффозионная пустотность, зоны экзогенного разрушения); естественное напряженное состояние; подземные воды как ИГ фактор; геоморфологический облик территории; геологические процессы и явления, в совокупности характеризующие современную геологическую жизнь верхней части земной коры. Имеющие важное значение для прогноза изменения ИГ условий и оценки территории. 4. Горные породы – главный объект геологических исследований. Физические, механические и другие свойства пород: плотность, прочность, деформируемость, размываемость, растворимость и водопроницаемость. Влияют на развитие геологических и ИГ процессов. Свойства пород их изменение под влиянием природных и техногенных факторов являются предметом детального анализа в каждой ИГ проблеме. Гетерогенность – отличительная особенность преобладающего большинства массивов ГП, которые как геологические тела характеризуются динамичностью и активной, но разной реакцией на действие природных и техногенных факторов (взаимодействие с ПодВод и сооружениями). Особое значение имеет изменении состава, состояния и свойств пород при их разуплотнении, выщелачивании и выветривании, так как часто сооружения взаимодействуют с частично или со значительно разрушенными массивами. В основе ИГ оценки пород находятся петрографические характеристики – генезис, состав, структура, фациальная изменчивость, т е особенности строения, которые определяют их механические свойства. Структурные связи в глинистых породах формируются и изменяются в течение длительного времени процессами лито – катогенеза, и они обусловливают их плотность, прочность и деформируемость. Породы с жесткими и полужесткими кристаллическими структурными связями (скальные, полускальные) в зависимости от характера основных зерен, цементирующего вещества и его распределения и др петрографических особенностей обладают резко различными свойствами. В морских осадочных слоистых породах важное значение имеют тонкие прослои менее прочных разностей, а также характер контакта между слоями. Фациальная макро–микроизменчивость морских и континентальных осадочных толщ, интрузивных и эффузивных пород, обусловливающая неравномерное распределение под.вод, выщелачивание и выветривание, неоднородность и анизотропию физико – механических свойств толщ и следовательно разнохарактерность ГП. Петрографические особенности пород являются предметом изучения для выявлении признаков для объяснения физмех свойств, установления зависимостей и обоснования ИГ оценки толщи, взаимодействующих с сооружениями или в которых развиваются опасные геологические процессы. При ИГ изучении пород необходимо применять системный подход, последовательную детализацию и завершать их классификацией, основанной на генетических, возрастных и литологических признаках, с учетом их поведения и состояния в натурных условиях. 5. Роль новейших тектонических движений в формировании ИГ условий территорий и развитии ГП. Современные тектонические движения и сейсмичность – геологические процессы, происходящие в верхней части земной коры и проявляющиеся на ее поверхности, в которых отражаются преобразования в литосфере и астеносфере. Создание рассчитанных на длительные сроки службы инженерных сооружений, которые в течение этих сроков подвергаются влиянию современных движений земной коры, повышенные требования к точности ориентировки в пространстве ряда промышленных установок обуславливают практическую необходимость исследования указанных движений. Научное значение рассматриваемой проблемы определяется тем, что данные движения представляют собой одно из немногих проявлений на земной поверхности процессов, происходящих в недрах нашей планеты. Изучение современных тектонических движений в инженерно – геологических целях имеет свою специфику и осуществляется для решения следующих задач: 1. оценки вероятности, величины и значения региональных и дифференцированных разрывных и складчатых структур – поднятий, опусканий и перекосов на устойчивость сооружений – бетонных плотин, тоннелей, мостов, промобъектов и других в случае неизбежности их расположения на разломах и складках; 2. оценки влияния на напряженно – деформированное состояние массивов горных пород, на величины и направление максимальных касательных напряжений в склонах; оценки изменения трещиноватости, текстуры, механических и фильтрационных свойств пород в зонах подвижек; 3. выявление влияния разнохарактерных тектонических движений на развитие рельефа, современных геологических и инженерно – геологических процессов в связи с разработкой мер защиты от их воздействия на сооружения и территорию; 4. обоснование конструкций сооружений и инженерных мер, обеспечивающих их безаварийную эксплуатацию; 5. увязки и проявления сейсмичности с новейшими структурами и их дифференцированным движениям. Современные тектонические движения рассматриваются как последний этап геологической жизни района, и их инженерно – геологический анализ необходимо выполнять на фоне новейшей истории развития, выявляя унаследованность молодых структур с древними, с детальностью, отвечающей возможности использования в проектных решениях. 6. Генетические группы трещин и их ИГ характеристика. Схема ИГ классификации трещин по генезису. Группы трещин Генетические типы трещин Контрационные (остывания или первичной отдельности) В интрузивных породах Характерные черты Обычно узкие и тонкие трещины, протяженные, закономерно ориентированные в трех взаимно перпендикулярных направлениях Преобладают широкие трещины, образующие характерные столбчатые, матрацевидные отдельности В эффузивных породах литогенетические Усадки в илах, такырных и аналогичных отложениях Напластования и объемного уплотнения в литифицированных глинистых породах Тектонические (эндогенные) По механизму образования: Сдвигах и сколах, сжатии (давлении), растяжении (разрыве), развальцевании и скручивании, проскальзывании по слоистости Возникают при высыхании осадков, ухкие и широкие, вторично заполненные Тонкие и узкие образующиеся при литификации пород и внешнем давлении, видимые и обнаруживающиеся при снятии напряжений и выветривании Разной ширины, протяженные, прерывистые и кулисорасположенные, волнистые, образуют узлы трещин при наложении разных систем. Различная шероховатость стенок и выполнение трещин – перетертый обломочный материал. Для каждой генеарации трещинообразования характерны 2 основные системы и третья менее четко выраженная По взаимоотношению с основными структурами: соскладчатые, приразрывные, оперяющие По характеру обособляются: 1. Трещины кливажа – как особая форма частой тонкой сомкнутой трещиноватости; 2. Зоны трещин, шириной до 1-5м, с повышенной раздробленностью пород в них, протяженные, являющиеся путями для проникания вод и процессов выветривания Экзогенные, часто наложенные на др типы трещин Неотектоническое давление – от веса ледового покрова, при гидротации Разуплотнения при разгрузке естественных напряжений в массиве пород, в том числе трещины бортового и донного отпора Локальное растпространение, без четкой ориентации, узкие и тонкие Обычно широкие и ноложенные на тектонические и литогенетические проявляются при эрозионном расчленении, открытые и заполненные осыпным и др щебнисто-глинстым материалом Типичное дальнейшее развитие и расширение трещин разгрузки и вследствие выветривания, блок пород отчленяется от коренного массива, начинает смещаться под влиянием гравитационных сил, трещина достигает ширины в десятки см, иногда м Выветривание разрушение и изменение Разного характера, ориентировки, ширины и выполнения, существенно преобразующие исходные породы в различных горизонтах обломочной и трещинной зонах выветривания мерзлотные Закономерно и спородически распространены, разнохарактерные и обусловлены: сжатием и замезанием пород,чередующимся с расширением при оттаивании и солнечной инсоляции; с буграми пучения, наледями и др мерзлотно – геологическими процессами, создающими локальные очаги давлений Оползневые: детрузивные (выдавливания), разрыва и бортового сдвига, зоны скольжения Разной длины, ширины и расположения, приурочены к различным частям оползневого массива;отражают характер смещающихся пород. Степень их обводнения и распределения напряжений при развитии и движении оползня сдвижения Возникают в прилегающей толще пород при обрушении кровли над карстовой полостью, в плане обычно концентрические, разной ширины Просадочные в лессах и пепловых туфах Размер, протяженность, интенсивность различны и обусловлены режимом обводнения и мощностью толщи лессов и пеплов Техногенные, образованы в результате строительной и иной деятельности человека суффозионные Литогенетические и тектонические существенно измененные по простиранию и в ширину процессами выщелачивания и размыва, с выносом и перераспределением заполнителя трещин Разгрузки и разуплотнения: в откосов карьеров и котлованов. Вокруг подземных выработок, от взрывов Простирание и ширина обусловлены размерами и ориентировкой борта карьера и подземной выработки, а также первичным напряженным состоянием и строением массива пород; обычно локального распространения. Затухающие с удалением от места взрыва или выемки Распространение, характер и ширина различны, зависят от пород, глубины обрушения Сдвижения – при обрушении кровли подземных выработок Разного генезиса, но искусственно измененные Вследствие цементации, силикатизации, глинизации, обжига и др средств технической мелиорации происходит частичное или значительное заполнение первичных трещин и упрочнение массива пород 7. Основные характеристики трещин в горных породах; их ИГ значение. Для ИГ оценки трещиноватости пород важны следующие показатели: генезис трещин, в котором отражены факторы и механизм их образования, возраст и последовательность формирования, унаследовательность трещин разного генезиса, пространственное положение, ориентировка, протяженность, ширина, характер поверхностей стенок трещин, их заполнитель и режим обводнения, интенсивность (степень) микро и макротрещиноватости породы и массива. Генезис – важнейшая особенность, определяющая другие характеристики. Тектонические и др трещины могут сформировываться в одну или несколько геологических эпох, образуя разновозрастные генерации, пространственно обособленные или надоженные. Геометрические характеристики трещиноватости включают: простирание, направление и угол падения трещин, длину и ширину трещин. Пространственное расположение трещин в массиве м б выдержанным, прерывистым, кулисообразным, параллельным и секущим под разными углами. Это создает различные типы сети трещин. Для ИГ оценки трещиноватых пород такие показатели, как ширина, шероховатость стенок трещин и их выполнение имеют большое значение (существует связь с механическими свойствами). Состав. Сложение и мощность заполнителя в трещинах разного генезиса и в зонах разломов весьма разнообразны, зависят от вмещающих пород, характера и интенсивности тектонических процессов (оказывает значительное влияние на прочностные. Деформационные и фильтрационные свойства). 8. Количественные показатели трещиноватости пород и методы их определения. Для приближенной количественной характеристики трещиноватости пород предложены несколько прямых и косвенных показателей. В зависимости от характера пород и детальности исследований применяются следующие показатели: модуль трещиноватости – количество трещин на 1м разреза пород в штольне, по скважине и в обнажении; коэффициент трещинной пустотности (Нейштадт) – отношение в процентах общей площади (или V) трещин к площади изученной поверхности (V) породы; в зависимости от величины КТП породы разделяются на: слаботрещиноватые (<2%), среднетрещиноватые (2-5%), сильнотрещиноватые (5-10%), весьма сильнотрещиноватые (>10%); коэффициент трещинной блочности – отношение объема среднего элементарного блока порды к объему 1м3. Косвенными показателями трещиноватости массива являются: процент выхода керна при колонковом бурении, при соблюдении постоянного режима; величины удельных водо и воздухопоглощений и удельных водопритоков в скважинах, получаемые при опытных поинтервальных нагнетаниях и откачках; динамический модуль упругости и скорость продольных упругих волн, характеризующие различную трещиноватость пород, получаемые при сейсмоультразвукового каротажа в скважинах, штольнях и на обнажениях. В практике изысканий наибольшее использование получили КТП, определенные на типичных сечениях, площадью несколько м2 и разноориентированных, примерно перпендикулярно простиранию основных трещин. При характеристике пород по показателю блочности встает вопрос какие трещины считать за типичные, а какие за блокоразделяющие. Для характеристики трещиноватости массива необходимы объемные показатели, без которых трудно сделать ИГ заключение об ослаблении прочности массива пород, о прогнозе фильтрационных, суффозионных и иных процессов и методах заделки трещин, о применении разных методов изучения трещиноватости, съемочных и геофизических, с установлением зависимости между ними. Используя данные методы необходимо учитывать генезис, характер выполнения трещин. 9. Методы изучения трещиноватости горных пород. Изучение трещиноватости пород на всех стадиях изысканий должно завершаться с разной детальностью определением показателей основных свойств массива разного объема. Должное внимание надо уделять местам пересечения крупных и средней ширины трещин (ослабление механической прочности). Применяются разные методы ИГ исследований. 1. Изучение мех. Свойств пород на образцах малого размера и перенесение показателей на массив по коррелятивным зависимостям (многочисленными экспериментами доказана связь динамического модуля упругости и модуля деформации, эта зависимость характерна и для пачек, слоев, массива – штампы, прессиометры). 2. Расчетные методы. Фисенко (1965 г), изучая устойчивость бортов карьеров в слоистых и трещиноватых породах, предложил эмпирическую формулу: См и С0 – сопротивление сдвигу соответственно в массиве и в образце породы, выраженное через сцепление; Н – общая высота борта карьера; а – коэффициент, зависящий от величины сцепления породы в образце, от характера трещиноватости; W – показатель, характеризующий интенсивность трещиноватости пород; L – линейный размер блока, ограниченный двумя трещинами: Руппенейт (1975 г) предложил оценивать модуль деформации массива трещиноватых пород в заданном направлении по формуле: где Еобр – модуль деформации породы в образце, i – индекс систему трещин; λi – угол между направлением, по которому вычисляется модуль деформации, и нормалью к плоскости итой системы трещин; - геометрическая характеристика трещин итой системы; ερ – относительная площадь скальных контактов; аi - среднее расстояние между трещинами итой системы; bi – среднее раскрытие трещин итой системы. Приведенные формулы учитывают только макротрещины, которые в процессе сжатия и смещений в результате приложения нагрузки претерпевают некоторые изменения. Крупные трещины, их зоны и разломы должны оцениваться как отдельный ИГ элемент массива. 3. Натурные методы оценки влияния трещин на мех и фильт свойства массива пород в условиях естественного залегания. Для установления масштабного фактора при характеристике сопротивления сдвигу и модуля деформации трещиноватых пород проводят испытания со штампом разной площади или в скважинах разных диаметров и при разных напряжениях, что определяет различные объемы пород, виды и число трещин, вовлекаемых в эксперимент. Влияние трещиноватости на фильтрационные характеристика массива пород и его анизотропию устанавливается опытами поинтервальных откачек и нагнетаний в одиночные и кусты скважин с разными интервалами от 1 до 5 м. 10. НДС массива ГП и основные факторы, его определяющие. Естественные напряжения формируются под воздействим в сочетании сил: гравитационных, тектонических, газо и гидродинамических, геотермических и красталлизационных.НДС это региональная характеристика, меняется в зависимости от факторов – современных тектонических движений (вертикальных – поднятий и опусканий и горизонтальных – сжатий и растяжений). В результате изменения НДС могут происходить: 1. Разломы (трансформный разлом Сан – Андреас, 4.5км упругие деформации. Срыв, землетрясение); 2. Для обвальных и осыпных процессов это опасно; 3. Процессы в горных выработках (активные процессы, горные удары, разрушения, выволы), нагнетание вод на большие глубины под высокими давлениями, при создании карьеров глубиной несколько сот метров, при создании больших под выемок под ГЭС и промышленные объекты. На НДС массивов пород влияют техногенные факторы, которые проявляются при создании в районах с активными неотектоническими и современными движениями высоких плотин и водохранилищ огромных объемов. Решают многие проблемы: 1. Оценка ИГ условий строительства; 2. Для оценки длительности и устойчивости инженерных сооружений; 3. Для обоснования прогноза сдвижения пород; 4. При исследовании изменения параметров сейсмических колебаний; 5. Для обоснования методики ИГ опробования; 6. При изучении механизма образования складчатых и разрывных нарушений; 7. Для прогноза изменения сейсмичности района; 8. Для обоснования выбора конструкций и расчета устойчивости бетонных плотин и крепления под выемок 11. Тектоническая составляющая полей напряжений; ее влияние на структуру поля напряжений в массиве пород. Для полей тектонических напряжений характерна значительная изменчивость в пространстве и во времени, проявляемая в величинах, положении тензора напряжений и в ориентировке осей главных напряжений. Если исключить влияние гравитационных напряжений, то можно принять, что на глубине Н в любой точке М упругого изотропного массива действуют тектонические напряжения сжатия в горизонтальном направлении (рис). Главные напряжения характеризуются следующими величинами: Ϭ3т = 0; Ϭ2т= МТн; Ϭ1т = Тн. В случае наклонного направления действия тектонических сил, например, развивающихся при надвигах или крутонаклонных сбросах, равнодействующая их м б разложена на горизонтальную и вертикальную составляющие; напряжение Ϭ3т ≠ 0. Тектонические напряжения являются наиболее динамичными, так как современные движения земной коры и глубинные процессы происходят непрерывно, их влияние в приповерхностной зоне усиливается в периоды землетрясений. Измерение напряжений в натуре и деформаций на кернах интрузивных пород поднятых с глубины нескольких сот метров выявили, что в относительно больших геологических телах, являющихся объектами ИГ изучения, действуют как напряжения сжатия, так и растяжения. Вторые наблюдаются реже и преимущественно вблизи подвижных разломов, что соответствует представлениям о подвижности земной коры в рифтовых и аналогичных зонах. 12. Подземные воды как важнейший ИГ фактор. Подземные воды и породы образуют единую динамическую взаимовлияющую систему; они в значительной мере определяют развитие геологических процессов. В ИГ подземные воды в большинстве случаев усложняют условия строительства и эксплуатации сооружений и использование территории. В задачу ИГ исследований входит обоснование защитных мероприятий и борьбы с отрицательным воздействием ПВ на устойчивость сооружений и на возникновение неблагоприятных, нередко опасных геологических процессов. Изучая ПВ как ИГ фактор, необходимо отметить их многоплановый характер воздействия. В ИГ ПВ, находящиеся в породах в связанной и гравитационной формах, изучаются и оцениваются в следующих направлениях. 1. По влиянию степени и режима (сезонного и многолетнего) обводнения массивов пород на их состояние, мех свойства и размываемость. 2. По непосредственному и разнообразному влиянию на развитие карстовых, просадочных и оползневых процессов. 3. По гидромеханическому воздействию ПВ на породы проявляющиеся (давления напорных вод, давления, возникающие при быстром снижении уровней рек, в виде гидростатического давления). 4. Агрессивность ПВ по отношению к различным ГП, бетонным сооружениям и металлическим конструкциям. 5. Водный баланс массива пород, в котором происходят карстовые, оползневые, просадочные и суффозионные процессы, необходим для количественного прогноза их интенсивности во времени и для обоснования эффективности дренажных и др защитных мероприятий. 6. Динамика и режим ПВ как в естественных условиях, так и в измененных техногенными факторами являются важнейшими вопросами ИГ изысканий, данные о которых необходимы при решении практически многих проблем. 13. Основные направления изучения ПВ в ИГ. Важным элементом изучения под вод района проектируемых сооружений является составление обобщенной гидрогеологической схемы, по возможности совмещенной со схемой соотношения четвертичных отложений и геоморфологических элементов. При возможности на схеме надо показать обобщенные характеристики минерализации вод отдельных комплексов. Составление подробных гидрогеологических схем для горно – складчатых областей представляет большие трудности, чем для платформ, изза сложности геологического строения. Основные гидрогеологические особенности территории, выявленные как при картировании разного масштаба, так и при детальных исследования на участках расположения сооружений, имеют большое значение для оценки ИГ условий и их прогноза. Среди них важнейшими являются закономерности движения и режима под вод. 14. Геоморфологические особенности как признак ИГ оценки территории. Геоморфологические особенности земной поверхности обусловлены: 1) литологией и строением массива ГП; 2) тектоническими структурами и их развитием; 3) характером и скоростью неотектонических движений; 4) палео- и современными климатогидрологическими факторами; 5) деятельностью ЭГП, а также влиянием инденерно – строительных факторов. Основываясь на выявленных региональных геоморфологических условиях и на общих закономерностях формирования рельефа, ИГ специфика изучения состоит в наиболее детальном его расчленении на элементы по признакам: генетическому, возрастному, морфометрическому и современного состояния. Каждый геоморфологический элемент или части их характеризуются различными в геологическом строении, обводненности, морфометрии и др особенностями и поэтому могут рассматриваться как признак для общего или специализированного ИГ районирования. 16. Региональные и зональные закономерности развития процессов. Геологические процессы и явления обладают региональными и локальными геологическими, зональными, климатогидрологическими и др закономерностями формирования и распространения. Это позволяет распространять результаты детального изучения ГП на отдельных участках на весь район со сходными геологическими условиями, историей развития, зональными, техногенными факторами. Известные для района особенности строения, которые трудно обнаружить на маленькой площади или при ограниченных объемах изыскательных работ, должны быть учтены при ИГ оценке как важные региональные признаки. К основным геологическим закономерностям развития процессов и явлений относятся их характер и приуроченность к литологическим комплексам фациально изменчивых пород, к складчатым и разрывным структурам, к зонам трещиноватости, к геоморфологическим элементам, к степени и режиму обводненности пород к участкам силового воздействия под вод, к периодам сейсмической активности, к зонам выветривания, разуплотнения и концентрации напряжений и к участкам интенсивного воздействия техногенных факторов. Зонально – климатические и гидрологические факторы оказывают разнообразное влияние на состояние и прочность пород вследствие активизации процессов выветривания, карста и просадок, изменение сезонной и многолетней обводненности территории, режима под вод, гидродинамического давления. Уровенный режим, характер и интенсивность воздействия пов вод при разном их уровенном режиме обуславливают современные процессы – эрозионные в руслах и на склонах и абразионные на берегах водоемов, а также при соответствующих условиях – процссы аккумуляции. Основные компоненты климатических условий: количество атмосферных осадков, температура и влажность воздуха, ветер и характер снготаяния, обобщаются в типах зональности климата. Сочетание климатических факторов с рельефом и гидрографией определяет гидрологические условия суши и морских побережий, имеющих большое значение для развития эрозионных, абразионных и др геологических процессов и геоморфологии. При анализе воздействия пов стока на земную поверхность и развития эрозии их гидравлические характеристики – скорости течения, расходы и энергия – имеют определяющие значение. В гидрологических факторах также прослеживается зональность развития. Геологические процессы денудации представляют собой главные объекты ИГ изучения, т к они уничтожают территорию, вызывают деформации инженерных сооружений и приводят к катастрофическим последствиям. 15. Общая ИГ классификация ГП и явлений и их техногенных аналогов. Обусловленные климатическими и биологическими факторами Выветривание Площадное Линейное Физическое Химическое Биологическое Оползни Движение без потери контакта со склоном или небольшая потеря Сплывы, оплывины, оползни – блоки, оползни – потоки, оползни – обвалы Лавины Снежны осовы, лотковые, прыгающие Обусловленное энергией рельефа (Fтяж) горные, матриковые Ледники Обвалы Движение с потерей контакта со склоном осыпи Обусловлены пов водами водотоки Эрозия Обвалы, вывалы, камнепады Лотковые, площадные Склоновая, овражная, русловая Термоэрозия Сели Гляциальные, дождевые, таяние снега, прорыв плотин, вулканогенные затопление Растворние и выщелачивание Механический вынос Карст Суффозия Карбонатный, сульфатный, солевой Суффозия, подземная эрозия Понижение УГВ Оседание поверхности Подъем УГВ Подтопление, засоление, заболачивание Обусловлены под водами Верхние, переходные, нижние болота Просадка лессовых пород Ослабление и разрыв структурных связей грунтов Увеличение объема глин пород Плывуны набухание Дефляция Обусловленные ветром Истинные плывуны и псовдоплывуны Развевание, выдувание Корразия аккумуляция Дюны, барханы Пучинность промерзание Обусловленные промерзанием и протаиванием пород наледи Колебание температур с переходом через 0 оттаивание Обусловленные выработкой подземных пространств Морозобойное растрескивание Добыча ТВ ПИ и сооружение тоннелей курумы Смерзшие, родниковые. речные Каменные реки и моря Термокарст солифлюкция Проседания и провалы земной поверхности Быстрая, медленная Добыча нефти и газа Оседание земной поверхности 17. Сейсмичность территории РФ. Оценка силы землетрясений. Сейсмичность территории характеризуется на различных уровнях. Общее сейсмическое районирование (ОРС97 – это нормативный документ). Карта сейсмического районирования 1:8000000 + пояснительная записка с перечнем пунктов, которые находятся в зоне опасных районов (Сочи 9 баллов. Красная поляна 10). 30% РФ сйсмически опасны от 4 до 12 баллов. Наиболее опасные: кавказ, саяны, алтай, камчатка, забайкалье, юг восточной сибири, сахалин, курилы. На крте показаны районы с различной сейсмичностью. Это важнейший фактор. Характеристика землетрясений. Чем выше сейсмичность территории, тем выше опасность оползневых и гравитационных явлений. Второй уровень рассматривается детальное сейсмическое районирование. Строятся карты от 1:200000 до 1:500000. Проводятся с учетом ИГ условий территории состава и свойств грунтов или пород, геоморфологических условий (склоновый рельеф, возраст склона), гидрогеологические условия (наличии напорных и безнапорных вод, глубина залегания ПВ), дисперсность пород. Учитывая все это факторы, определяется сейсмичность территории. Третий этап: сейсмическое районирование. Рассчитываются в масштабах 1:500 до 1:2000. Оценка устойчивости зданий, рекомендации по технике и защитных мероприятиях. 18.Сейсмическое районирование проводится на основе оценки и картирования ожидаемого поверхностного эффекта землетрясений в заданном регионе, деления территории на районы с различной степенью интенсивности ожидаемых землетрясений. Выполняется общее сейсмическое районирование, детальное сейсмическое районирование, сейсмическое микрорайонирование. Общее сейсмическое районирование Карта общего сейсмического районирования (ОСР) составляется для всей территории страны в масштабе 1:5 000 000 – 1:1000 000. Для ее составления используются исторические данные и инструментальные наблюдения за землетрясениями, геолого-тектонические и геофизические карты, данные о движении блоков земной коры. Проводится выделение зон возможного возникновения очагов землетрясения, с различными их глубинами. Особое значение представляют мелкофокусные землетрясения. Наибольшую опасность представляют землетрясения с очагами на глубинах от 3 до 30-50 км. Детальное сейсмическое районирование Карта детального сейсмического районирования (ДСР) составляется в масштабе 1:500 000 – 1:100 000 для территорий крупных промышленных агломераций, густонаселенных провинций или территорий перспективного освоения, расположенных в сейсмоопасных регионах. Задача ДСР – уточнение данных ОСР на основе новых результатов более детальных геолого-геофизических исследований, выполненных в регионе. Определение степени сейсмической опасности территорий проводится с учетом особенностей геоморфологических, инженерногеологических или геокриологических условий. сейсмическое микрорайонирование. Для инженерно-геологического обоснования сейсмического микрорайонирования составляются карты трех типов: частные аналитические карты, отображающие закономерности пространственного распределения и изменения отдельных геологических факторов, влияющих на сейсмичность территории; общие аналитические комплексные карты, на которых приводится совместное отображение нескольких инженерногеологических факторов; синтетические специальные карты, отображающие деление территории на таксономические единицы, однородные по реакции на сейсмические воздействия. 19. Инженерно-геологическая оценка пород зон выветривания. При инженерно-геологических оценках степени и скорости выветривания пород важно установить основные факторы и закономерности изменения литологического состава, структурных связей, текстуры и изменчивости свойств элювия в различных горизонтах: плотности, прочности, деформируемости, размываемости, водопроницаемости и др. На примере одной климатической области — Черноморского побережья Кавказа, можно показать преобладающую роль геологических факторов — литологических типов пород и тектонических разрывов в развитии процессов и зон выветривания. Побережье от Адлера до Батуми относится к субтропикам и характеризуется обильными, преимущественно дождевыми осадками (среднегодовое количество 1800—2300 мм), положительными температурами, практически отсутствием промерзания и высокой влажностью воздуха. В пределах этой части побережья распространены разные стратиграфо-литологические комплексы и типы пород — литифицированные глины верхнего палеогена и -нижнего миоцена, вулканогенные толщи байоса и эоцена, карбонатные породы нижнего и верхнего мела, подвергающиеся воздействию процессов выветривания. 20. Схемы расчленения кор выветривания. Различные направления в изучении кор выветривания привели к созданию нескольких схем их классификации и расчленения. В. Н. Разумова и Н. П. Херасков (1963) по условиям образования и залегания выделяют несколько геологических типов кор выветривания: - непосредственно на складчатом основании платформ, сложно построенные, большой мощности и длительного формирования; - приуроченные к поверхностям размыва внутри платформенного осадочного чехла, в условиях кратких перерывов в осадконаплении, среди малолитифицированных пород; - внутриформационные, развивающиеся на платформах внутри субаэральных и субаквальных осадочных толщ в периоды прекращения приноса обломочного материала; геосинклинальных областей, в известной мере аналогичные второму типу. По времени образования — возрасту коры выветривания могут быть разделены на палеозойские (или более древние), мезозойские, третичные, четвертичные и голоценовые, а при наличии данных — более детально, например на средне- или верхнеплейстоценовую, плиоценовую, палеогеновую, домеловую и др. Предложено несколько инженерно-геологических схем расчленения коры выветривания различия которых в известной мере связаны с особенностями изучаемых комплексов пород, климатом района и спецификой в исследованиях. Над зоной дезинтеграции нередко залегают глинистые образования, а под ней выветривание происходит по трещинам, где состояние, состав и свойства пород также изменены, что надо оценивать с инженерно-геологической точки зрения. В связи с изложенным рекомендуется следующая принципиальная схема инженерно-геологического расчленения коры выветривания I — верхняя «дисперсная»; средняя II — обломочная и III — нижняя трещинная, иногда называемая линейной, существенно различного состава, сложения, свойств, мощности и распространения. Каждая зона в зависимости от характера выветривания пород, климата, залегания и задач подразделяется на несколько горизонтов. Дисперсная зона выветривания характеризуется практически полным преобразованием минерального состава, текстуры и свойств исходных пород, в зависимости от которых и от климатических факторов преобладают различные вторичные минералы, выносятся или накапливаются гипс, карбонаты, окислы железа и др. По сложению, механическим свойствам, размываемости и водопроницаемости глинистые образования дисперсной зоны выветривания являются относительно однородными и обычно целесообразно их подразделение на два инженерно-геологических горизонта в зависимости от наличия мелкой дресвы, плотности и увлажнения. Глинистые породы этой зоны выветривания легко размываются и оползают, в связи с чем чаще сохраняются на водораздельных поверхностях, перекрыты новыми накоплениями и имеют уменьшенную мощность. Обломочная зона, для которой характерны процессы физической дезинтеграции и частичное химическое разложение пород, имеет сложное строение, и для нее типичны по разрезу весьма значительные изменения (до десятков раз) прочности, деформируемости и др. Большинство исследователей подразделяют обломочную зону на четыре горизонта (подзоны) по степени выветрелости: по размеру дресвы, количеству глинистых масс, ожелезнению, загипсованию, текстуре, плотности, цвету и т. п. В породах обломочной зоны интенсивно развиваются процессы эрозии, абразии, осыпания и оползания; для разных ее горизонтов необходимо применять различные методы технической мелиорации, анкерования, противофильтрационные мероприятия и т. д. Трещинная зона выветривания разнообразна по своему характеру, распространению в массиве и другим особенностям, зависящим от исходных пород, интенсивности и размеров тектонических трещин и разломов, эрозионной /расчлененности, разгрузки естественных на пряжений, состава и движения подземных вод. Выветривание в тектонических разрывах протекает на значительно большие глубины, чем в нормально трещиноватом массиве; вдоль разломов в породах формируются свои зоны экзогенного физического и химического изменения. 21. Показатели выветрелости горных пород. Осадочные терригенные и карбонатные, интрузивные, эффузивные, метаморфические и другие комплексы пород обладают различными, но почти всегда отчетливыми внешними признаками выветрелости: изменение цвета породы с появлением окислов железа и других минеральных пленок; трещины выветривания, количество, длина и ширина которых увеличивается снизу вверх, изменяя текстуру и облик породы; уменьшение плотности породы, определяемое по опробованию ручным пенетрометром и по ее разрабатываемости (лопатой, кайлом, отбойным молотком, взрывом); образование новых минералов — гидроокислов железа, гипса, карбонатов и др., а также изменение облика породы из-за уменьшения вследствие выщелачивания начальной карбонатности и загипсованности породы; появление гумуса, вмытого в трещины выветривания. Показателями степени выветрелости, устанавливаемыми опробованием в натурных условиях и лабораторными испытаниями, являются: изменение плотности породы, оцениваемое по величинам объемной массы Л и скорости упругих волн ур; изменение гранулометрического и минерального состава породы, ее поглощенного комплекса (для глин); количественное содержание минеральных новообразований и величин выщелоченности породы; изменение прочности, деформируемости, водо проницаемости и размываемости, определяемое как по косвенным натурным признакам, так и путем прямых опытов. По описанию и полевому опробованию разрезов коры выветривания (по простейшим классификационным показателям,, размоканию и др.) возможно первое расчленение ее на зоны и горизонты, в дальнейшем уточняемое при детальных исследованиях по количественным характеристикам плотности, состава, механических и других свойств. Разработаны предложения для характеристики степени выветрелости и скорости выветривания пород разных петрографических типов, которые представлены ниже. 22. Скорость процессов выветривания, ее значение и методы изучения. Различные литологические типы пород в разных климатических, геоморфологических и других условиях, на обнаженной или прикрытой поверхности характеризуются весьма неодинаковой скоростью выветривания, о которой можно судить по разрезам зон выветривания, сформированным: а) в пределах разновозрастных элементов рельефа, если их кровля не подвергалась денудации, была прикрыта почвой, делювием и т. п., время образования которых установлено б) в откосах дорожных и других выемок и в бортах карьеров, длительное время не подвергавшихся расчистке в) на опытных площадках. Изучение скорости формирования зон выветривания в натурных условиях на опытных площадках, чаще кратковременное, проводилось в разные годы, преимущественно в глинистых породах в долинах рек Куры, Волги и Днестра, в районах городов Сочи, Читы и Братска, на бортах угольных карьеров в Казахстане. Скорость выветривания можно оценить по мощности зоны дробления, образовавшейся за год (или другой отрезок времени). Показатель скорости выветривания различен в разных породах и обстановках, при наличии или отсутствии сноса выветрелого материала и т.д. 23. Инженерно-геологическое изучение процессов и кор выветривания, методы их улучшения. Среди экзогенных геологических процессов: разуплотнения из-за разгрузки напряжений, выветривания, выщелачивания и механической суффозии, существенно и разнообразно разрушающих массивы пород, процессы выветривания представляются наиболее важными для решения инженерно-геологических проблем. При расчленении массива пород природными процессами — эрозионными, абразионными, карстовыми и иными, а также при создании любых значительного размера строительных и других выемок на поверхности или подземных, при образовании полостей взрывами создаются условия для разгрузки естественных напряжений, под которыми находились породы. В зависимости от строения массива, характера и ориентировки разломов и трещин, от степени естественной напряженности и других особенностей пород при создании природных или искусственных полостей и врезок на контуре или на некоторой глубине, вследствие снятия напряжений возникают микро- или более крупные деформации, образуются новые, а чаще раскрываются существующие трещины. Разгрузка напряжений приводит к разуплотнению пород, не всегда макроскопически наблюдаемому и фиксируемому по сейсмоаку-стическим показателям. В случаях больших перепадов напряжений возможны видимые деформации в скальных породах — выбросы («горные удары»), а в пластичных — выпор. Разгрузка напряжений, микро- и малые деформации пород и обусловленное ими разуплотнение — это начало разрушения массива, за которым следуют и накладываются разнообразные процессы выветривания. Они существенно и неодинаково в разных литологических комплексах и в климатических областях воздействуют на породы, преобразуя их сложение и состояние, снижая прочность, увеличивая размывае-мость и деформируемость и изменяя фильтрационные свойства. Развитие современных геологических процессов — эрозии, абразии, оползней, обвалов, селей, карста и других, в значительной мере обусловлено характером и интенсивностью процессов выветривания. Возведение многих сооружений, дорожных и иных врезок, котлованов, порталов тоннелей, карьеров и других чаще осуществляется на поверхности и в породах различно выветрелых и разуплотненных. Методы и эффективность технической мелиорации пород также обусловлены характером их выветрелости. Скорость процессов разуплотнения и выветривания влияет на временную и длительную устойчивость склонов, откосов, выемок и бортов карьеров. В естественных науках сформировалось четыре основных направления изучения процессов выветривания: геологическое; минерало-геохимическое, связанное с образованием многих гипергенных месторождений полезных ископаемых; почвенное и инженерно-геологическое, Все четыре направления связаны между собой, так как изучается изменение горных пород под воздействием экзогенных факторов, заимствуются результаты и методы исследований, но главные задачи у них различные. Для процессов разгрузки напряжений и выветривания типичен избирательный характер проявления в массивах пород, обладающих литологическими, структурными и другими особенностями состава и строения. Процессы разгрузки и выветривания взаимодействуют и происходят во всех комплексах пород, но глубина их проникновения в массив, характер и степень его изменения различны. 24. Гидрологические и геологические факторы, определяющие абразию берегов морей. Геологические: 1. Геологическое строение берега –комплексы пород, их фациальная изменчивость, залегание, структуры, трещиноватость. 2. Неотектонические и современные движения. 3. Физико-механические свойства пород, сопротивляемость волновому размыву, изменение в результате выветривания, разуплотнение, выщелачивание. 4. Современные геологические процессы, происходящие на берегах, - оползни, обвалы, селевые выносы, карст и т.д. 5. Рельеф подводной и надводной частей берега, непрерывно изменяющийся. Гидрологические: 1. Уровенный режим водоема, рассматриваемый в историческом аспекте и в настоящее время. Эвстатические колебания, приливы, отливы, сработка и подъем горизонтов водохранилищ и озер. 2. Волновой режим – высота, длина, повторяемость и энергия волн ветровых, сейсмических, особенности гидромеханического воздействия на отмель или береговой уступ (клиф). 3. Течения – вдольбереговые, придонные, с разными скоростями и энергией. 4. Наносы – закономерности формирования, перемещения, аккумуляции, характеристика их баланса. Воздействие льда на берег и сооружения на нем расположенные. 25. Техногенные факторы 1. Возведение на надводных и подводных частях берега инженерных сооружений, в том числе защитных, изменяющих воздействие водоема, строительство волнозащитных стен, исключает источник питания наносов, перемещение наносов. Создание портовых сооружений, волноломов нарушает региональный с севера на юг поток наносов, на одних участках наблюдается их увеличение, на других исчезновение. 2. Разрушающее воздействие химических и биогенных факторов на породы отмели и берегового уступа. Меры борьбы: 1. Создания защитного слоя наносов путем возведения бун и волноломов, в сочетании с отсыпкой щебнистых, галечниковых масс, постоянно пополняемых из-за их истираемости и уноса на глубину. 2. Возведение волноотбойных стен для защиты надводного уступа. 3. Для приглубых берегов необходимо создавать искусственные мысы и бухты. 1. 2. 3. 4. 26. геологические и гидрогеологические факторы, определяющие переработку берегов водохранилищ. Формирование берегов водохранилищ после их накопления называют переработкой. Они возникают под влиянием подмыва и разрушения берегов. Прогноз участков возможного подмыва, разрушения берегов, ширины зоны переработки и скорости ее увеличения – основная задача. Факторы: Геологические. Горные породы, условия залегания, ориентировка тектонических структур, новейшие, современный движения земной коры, состав, распределение рыхлого материала в береговой зоне. Геоморфологические. Рельеф подводного берегового склона, ориентировка береговой линии, положение аккумулятивных форм рельефа, современные геологические процессы, их активность, проявление. Гидрологические. Размеры водной поверхности, режим уровня воды, интенсивность волноприбойных явлений, паводковыми явлениями и т.д. Деятельность человека. Строительство сооружений в береговой зоне, подработка склонов, распашка склонов. 27.ИГ процессы, обусловленные созданием водохранилищ, меры борьбы с ними. Инженерно-геологические процессы: абразия, подмыв, разрушение берегов. Профилактические меры борьбы: Осуществляются с целью предупреждения развития опасных явлений, с целью предупреждения нарушения равновесия в развитии геологических процессов. Это охрана пляжей, берегоукрепительных сооружений, их ремонт, наблюдение ха их работой, стационарные, режимные наблюдения, направленные на предупреждение аварийного состояния сооружений. Охрана рыхлого материала на пляже, искусственное пополнение пляжа. Капитальные мероприятия: Строительство сооружений и береговых укреплений для защиты берега от воздействия на них волноприбоя, для сохранения рыхлого материала. Это волноотбойные стенки, ряжи, бетонный плиты, габионы, мощение берега, одерновка откосов, дамбы, волноломы, молы. Наносоудерживающие сооружения: буны. 29. Овражная и склоновая эрозия. Изучение, меры борьбы. В результате размыва склона и водораздела дождевыми и талыми водами образуются овраги. Это результат начальной ускоренной линейной эрозии. Распространены в лесостепной и стеной зонах. Овраг – форма рельефа, образовавшаяся на склоне или водоразделе, представляет собой глубокий, вытянутый в длину, извилистый размыв, образующий долину временных ручейков (длина от 10 м до 10 км). Овраг имеет днище с руслом, склоны, отвершки. Стадии развития: 1. 2. 3. 4. Стадия промоины, рытвины. V- образной формы. Ускоренного врезания оврага вершиной. U-образная форма. Овраг врезается до основания склона. Рост замедляется. Стадия затухания, склоны выполаживаются, задерновывают Факторы: 1. Геологическое строение района. Если породы легко размываемы, размокаемы, имеют маленькую плотность, глинистый состав пород. От мощности отложений зависит глубина оврага. Характерно для лессовых пород. 2. Рельеф. Определяет количество стекающей воды и ее скорость. 3. Климат. Зависит от количества выпадающих осадков, их вида, интенсивности, распределении в течении года. Экспозиция склонов влияет. 4. Растительность. Она сдерживает эрозию, препятствует развитию оврагов. 5. Деятельность человека. Нарушение режима поверхностного стока, разрушение защитного растительного покрова, распашка земель. Меры борьбы: 1. Лесомелиоративные работы. Устройство полезащитных лесных полос, участков, посев трав по склонам «залуживание». 2. Строительство водоулавливающих , водорегулирующих сооружений. Системы нагорных , водоотводных канав, лотков. Водоудерживающие валы, плотины, фильтрующие дамбы. 3. Укрепление участков. Засыпкой промоин, мощение камнем, укрепление габионами, бетонными плитами, одерновкой. 4. Строгое соблюдение правил землепользования. Установление охранных земель, в которых недопустимы горные строительные работы, вырубка леса, выпос скота. 30.Речная эрозия, факторы ее определяющие, меры борьбы. Речные долины формируются под влиянием явлений смыва, размыва (эрозии), переноса рыхлого материала, его аккумуляции. При формировании речной долины огромное значение имеет донная и боковая эрозия. Наибольшая эрозия происходит в период паводков и половодий. Факторы:Особенность гидрологического режима. (уровенный режим, изменение расхода, скорость течения речного потока). Режим рек определяется условиями питания. В основном это атмосферный осадки.Строение речной долины. (геоморфологические особенности). Размер, форма водосборного бассейна. В горных районах больше выпадает осадков, благоприятные условия для формирования поверхностного стока, высокие расходы, скорости потоков, эрозионные процессы. Состав, свойства горных пород. (геологическое строение) На участках сложенных размокаемыми, размываемыми породами. Если породы трещиноваты, закарстованы – эрозии нет, так как все уходит на инфильтрацию.Геологические процессы, условия залегания пород, тектонические движения. Суффозия, выветривание, оползни. Деятельность человека. Регулирование стока рек путем строительства плотин, создание водохранилищ, уничтожение лесов, осушение болот. Меры борьбы: 1. Профилактические. С целью предупреждения опасных явлений. Работы, выполняемые для охраны устойчивости береговых склонов, пляжей, режимные, стационарные наблюдения, берегоукрепительные сооружения. 2. Капитальные. Строительство берегоукрепительных сооружений (каменная наброска, мощение, укладка габионов, бетонных плит, одерновка берегов). Для изменения направления потока – струенаправляющие сооружения (дамбы-буны). Плотины, водохранилища. 34.Динамика селевых процессов и защита от селей Сели возникают обычно внезапно, главным образом, летом (в июле-августе), реже весной и еще реже осенью. Как правило, кратковременны, проходят в течение от 3 до 5-8 ч, редко больше. Внезапно возникают и так же резко заканчиваются. Статистика показывает, что повторяемость селей неопределенна. Причиной, движущей силой являются ливни, интенсивное таяние снега и ледников или прорывы из водоемов. Стекая с большими скоростями со склонов, они смывают рыхлый материал, концентрируются вначале в малые, а затем в большие потоки с нарастающей живой силой, формируют поток на основном водотоке. Последний (поток) с огромными скоростями устремляется вниз по течению, продолжая смывать и размывать там, где возможно, русло, берега, склоны долины и накопившийся в их основаниях обломочный материал. Движение селевых паводков обычно имеет заторный характер вследствие образующихся завалов, которые прорываются под напором накапливающихся масс и затем валами распространяются вниз по течению дальше, разрушая на своем пути все препятствия. По условиям и механизму образования(ген.признак) различают селевые потоки, возникшие в результате: 1) Преобладающих процессов размыва водными паводками 2) Процессов оползания, осыпания, смыва, пролювиального выноса В обоих случаях селеобразования возможны две формы начала движения обломочно-глинистых масс. Первая – обвал, оползень или курум, сместившийся в русло, далее двигается вниз по водотоку, вовлекая в движение другие накопления, водонасыщаясь и размываясь, а затем превращаясь в типичный селевой поток. В этом типе движения селевого материала вначале преобладают деформации сдвига, в которых преобладает трение, а затем массы становятся более водонасыщенными и вязкими, изменяется характер их смещения. Вторая – предполагает, что основной механизм образования селей заключается в размыве имеющихся обломочно –глинистых накоплений; здесь трение перекатывания и сдвига обломков также имеет некоторое значение. При наложении водного паводка на обломочно-глинистые накопления в долине помимо основного процесса – размыва – происходит их увлажнение, взвешивание и общее разрыхление, которые способствуют образованию селевого потока. Механизм формирования селевых потоков определяется сочетанием конкретных геологических и гидрогеологических фактов. По механизму движения селевые потоки подразделяются на: 1) Связные, состоящие из разнообломочного и большого количества глинистого материала («грязевые» и «каменно-грязевые») 2) Несвязные, состоящие преимущественно из разного размера обломочных масс с примесью дисперсного материала («водно-каменные») Механизм движения селей зависит от гранулометрического и минерального состава, формы обломков, водонасыщенности и вязкости селевых масс, морфологии долины и характеристик водного потока. Потивоселевые мероприятия подразделяются на предупредительные и профилактические, селерегулирующие, селезадерживающие инженерные сооружения. По своему характеру противоселевые мероприятия могут быть: агролесомелиоративными, гидротехническими, организационными, оповещающими. Селезащитные мероприятия: 1) Организация службы режимных наблюдений в пределах водосборного бассейна и селеопасного района; 2) Устройство охранных зон 3) Невыполнение лесомелиоративных работ 4) Выполнение работ по регуляции поверхностного стока на склонах водосборного бассейна 5) Сооружение регулирующих и улавливающих сооружений в руслах потоков 6) Строительство каналов, селеспусков и других сооружений для организованного пропуска селевых паводков 7) Строительство защитных, ограждающих сооружений 8) Выполнение разнообразных профилактических работ 35.Инженерно-геологическая характеристика обвалов и осыпей Обвальные явления принадлежат к группе гравитационных, тк развиваются под влияниянием гравитационных сил на склонах и откосах. Там, где откосы и склоны сложены сильнотрещиноватыми, раздробленными породами или рыхлыми породами, образуются осыпи. Осыпи- процесс, заключающийся в отчленении при выветривании от пород обнаженного уступа мелких обломков и щебня с последующим почти непрерывным по времени скатыванием из вниз. Обычно осыпи приурочены к зонам повышенной трещиноватости и разломам. Среди осыпей разделяют действующие, полузакрепленные и закрепленные. Действующие осыпи характеризуются постоянным перемещением обломочных масс; причем движутся главным образом поверхностные слои, где наблюдаются перекатывание и соскальзывание обломков друг по другу. Под обвалами понимается обрушение как отдельных глыб и блоков, так и более крупных объемов твердых горных пород из обнажений, расположенных на нагорном склоне выше бровки откоса, или крутой, отвесной верхней части склона, сопровождающееся их скатыванием, опрокидыванием и раскалыванием. Во время обвалов перемещение масс горных пород начинается на нагорном склоне. Для возникновения обвалов необходимо достаточно длительное время, действие процессов выветривания, увлажнения, сейсмичности и др.факторов, нередко в сочетании с увеличением крутизны склона в результате его подмыва; это позволяет установить признаки обвалоопасности и принимать профилактические защитные меры. Типичные крупные обвалы относительно редкое явление в горных областях; значительно чаще встречаются переходные формы- оползни-обвалы и осовы. Для оползняобвала характерно начало смещения блока пород в виде скольжения по поверхности трещин или иным контактом ослабления. Под осовами понимают быстрое смещение на склоне щебнисто-глыбового или песчаного материала, обычно частично увлажненного в основании, при котором все массы приходят в движение.. Основными факторами возникновения осова является уменьшение трения песчаных или щебнисто-глинистых образований, увеличение крутизны при подмыве основания. Обвальные явления характеризуют неустойчивость склонов и откосов и на участках их распространения создают постоянную опасность для жизни и деятельности людей, сохранности и нормальной эксплуатации сооружений. Поэтому изучение условий образования обвальных явлений, разработка методов оценки их угрожаемости и прогноза, а также мер по их предупреждению и защите от их опасного влияния являются важнейшими задачами инженерной геологии. 36.Меры борьбы с обвалами и осыпями Виды и назначения мероприятий определяются: 1)характером, объемами и повторяемостью обвалов и осыпей, 2) объемом защиты – дорога, населенный пункт, промышленный объект, освоение земли и др., 3) технической возможностью и экономической целесообразностью защиты. Наиболее часто защищают авто- и железные дороги от осыпей и малых обвалов созданием принципиальной схемы (рис.на стр.196,Злотарев): 1) Противообвальных стен с траншеями на склоне и у полотна дороги, способных выдержать удары глыб и аккумулировать скатывающиеся обломочные массы, 2) Различных дамб и стен, направляющих сход обвальных масс, планировки поверхности и устройства валов, играющих роль трамплина для обеспечения переброски через полотно дороги, 3) Бетонных мощных контрфорсов и стен с фильтрами для поддержания потенциально-обвалоопасных блоков пород в сочетании с укреплениями их анкерами, 4) Защитных галерей разных конструкций, обычно полуоткрытых, с надежными перекрытиями , 5) Облицовка стены и покрытие поверхности выветривающихся пород и осыпающегося откоса торкетбетоном, 6) Регулярная уборка со склонов неустойчивых глыб, установка заанкерных металлических сеток, предохраняющих от падения и осыпания обломков на дорогу, 7) Дренажных устройств в случае выклинивания на склоне подземных вод. Предотвращение и инженерная защита от крупных и грандиозных обвалов в большинстве случаев мало реальна. 37.Основные факторы развития оползней Одним из первых, главных факторов развития оползней можно отнести значительную крутизну склона или откоса. Увеличение крутизны склона или откоса под влиянием естественных или искусственных факторов при прочих равных условиях может стать причиной нарушения устойчивости пород, тк при этом возрастает относительная величина сдвигающих, или скалывающих усилий. Вторым фактором образования оползней является ослабление прочности пород вследствие изменения их физического состояния при увлажнении, набухании, выветривании и т.д. Увлажнение пород в первую очередь увеличивает их массу и соответственно действие на них гравитационных сил. Набухание пород связано с их гидрофильностью, коллоидной активностью, со способностью активно сорбировать влагу. В зависимости от степени выветрелости пород меняются их свойства – плотность, пористость, трещиноватость. На изменение состояния и свойств пород оказывают влияние переодическое их увлажнение и высыхание, промерзание и оттаивание. Таким образом, важным фактором образования оползней является ослабление прочности пород вследствие изменения их физического состояния под влиянием различных условий и длительного воздействия внешней нагрузки. Третий существенный фактор образования оползней – действие на породы гидростатических и гидродинамических сил, вызывающих развитие фильтрационных деформаций. Большую роль в образовании оползней играют поверхностные и подземные воды. Существенное влияние оказывает гидростатическое взвешенное состояние пород на устойчивость откосов земляных плотин, оградительных дамб, отвалов и др. Значительную роль в образовании оползней на отдельных участках склонов и откосов играет гидродинамическое давление. При выходе подземных вод на склоне или в откосе гидродинамическое давление может вызвать оплывание пород или из разрыхление вдоль слоя или какой-то зоны под влиянием суффозии. Напорные воды в основании склона могут вызвать выпор пород или их разжижение. Четвертым фактором является изменение напряженного состояния горных пород в зоне формирования склона или строительства откоса. В общем трещины разгрузки всегда ориентированы неблагоприятно для устойчивости склона или откоса, и поэтому по ним нередко происходят смещение пород и образование ступенчатости по склону, оползней структурного типа и обвалов. Пятой причиной являются загрузка склонов и откосов , а также участков прилегающих к их бровкам, микросейсмические и сейсмические колебания и др. внешние статические и динамические силовые воздействия. Огромное влияние на устойчивость склонов и откосов оказывают землетрясения. Важнейшим условием, способсвующим образованию оползней, является рельеф местности. Оползни наиболее часто распространены в горных районах. Общеизвестна приуроченность оползней к склонам и откосам определенного геологического строения. В большинстве случаев оползни распространены там, где склоны сложены глинистыми породами. Еще одним фактором, определяющим возможность образования оползней, являются определенные гидрогеологические условия. Склоны, сложенные обводненными горными породами, с зонами постоянного или временного увлажнения, смачивания и насыщения очень благоприятны для образования оползней. Огромное влияние на развитие оползней оказывают особенности физико-механических свойств горных пород. Главное значение имеет прочность г.п.- сопротивление сдвигу и скалыванию. Здесь нужно учитывать мин.состав и строение г.п., их физическое состояние и т.д. Опыт показывает, что инженерная и хозяйственная деятельность человека часто сама создает условия, благоприятствующие образованию оползней. Подрезка склонов, крутое заложение откосов, нарушение поверхностного и подземного стока, уничтожение пляжей и многие др.действия человека. 38 Классификация оползней по механизму развития Общепринято разделение оползней на следующие четыре основных (генетических) типа по механизму движения и строению: оползни в ыд а вл ив ан и я, к ко то ры м пр им ен и м т е рм и н д ет р узи вн ые , оползни с к о л ь ж е н и я , или консеквентные; оползни в я з к о - п л а с т и ч н ы е , или деляпсивные, известные как о п о л з н и - п о т о к и и сплывы. О п о л з н и в ы д а в л и в а н и я , детрузивные весьма разнообразны, возникают в различных комплексах пород—осадочных, ме-таморфизованных и изверженных при соответствующем строении склона и широко распространены на платформах и в складчатых областях. характерно: 1) залегание относительно малопрочных под скальными породами, например, глин, аргиллитов, алевролитов и других под толщей известняков, песчаников, интрузивных и эффузивных тел; 2) уменьшение прочности подстилающих пород в результате появления в них скрытых микротрещин на начальной фазе формирования зоны смещения, разуплотнения, выщелачивания и увлажнения пород, а также расчленения на блоки вышележащей скальной толщи по существующим первичным и тектоническим трещинам в результате микроподвижек выветривания; 3) возникновение очагов концентрации напряжений, величины которых превышают показатели прочности подстилающих глинистых пород из-за увеличения высоты и крутизны склона в результате эрозионного или абразионного подмыва, неотектонических неравномерных поднятий, искусственных таодрезок и при-грузок; 4) значительные объемы, длительность времени «скрытых» деформаций, затем переходящих в фазу быстрых подвижек, что затрудняет их прогноз. Оползни скольжения, консеквентные. В слоистых литифицированных осадочных (преимущественно), в интрузивных, эффузивных и метаморфических комплексах пород с развитыми в них системами тектонических разрывов и трещин, обычно ослабленных процессами разгрузки, выветриванием и сезонным обводнением, возникают крупные оползни блокового строения, нередко спровоцированные землетрясением. В отличие от оползней выдавливания, подстилающие породы, по которым смещается массив, обладают чаще большей прочностью по сравнению с оползневым блоком. Слоистость, тектоническая трещина и иная наклонная поверхность ослабления или их сочетание создают условия, при которых по одной или нескольким из них происходит отчленение, а по другим — скольжение блоков пород и образуется консеквентный оползень. Наклон поверхности скольжения больше, чем крутизна склона, ее шероховатость, примазки, заполнитель трещин, степень увлажнения и величины напряжений существенно влияют на развитие оползней этого типа. Консеквентные оползни возникают, когда общее сопротивление сдвигу при природном нормальном напряжении на поверхности смещения, часто имеющей ломаную и ступенчатую формы, меньше суммарных (гравитационных, тектонических, гидродинамических) сдвигающих сил. Следовательно,, строение склона, предопределенные им поверхности ослабления, гидрогеологические условия, увеличение крутизны склона и дополнительные пригрузки — главные факторы образования консеквентных оползней. Консеквентные оползни широко распространены в разных районах. В я з к о - п л а с т и ч н ы е , д е л я п с и в н ы е , о п о л з н и п о т о к и и сплывы сложены водонасыщенными глинистыми, лёссовыми и обломочно-глинистыми массами. Весьма разнообразны как их объемы (от первых тысяч до сотен тысяч и даже нескольких миллионов кубических метров), так и скорости движения от медленных и периоди чески останавливающихся до быстрых (0,5—0,6 м/с). Оползни-потоки и сплывы возникают при таком увлажнении пород, их образующих, за счет дождевых, снеговых, подземных и хозяйственных вод, при котором, из-за снижения прочности обломочноглинистых масс, они начинают двигаться как вязко-пластическое тело со значительным преобладанием деформаций сдвига, с образованием главной поверхности (зоны) смещения и нередко локальных. В фазу подготовки основной подвижки одновременно с обводнением оползнеобразующих пород происходит их выветривание и выщелачивание, способствующие общему снижению прочности, возникновению прогрессирующих мелких трещин и микродеформаций. Увлажнение неоднородных обломочно-глинистых масс на склоне (старых оползневых накоплений, делювия, элювия и др.) происходит неравномерно, и в них могут возникнуть очаги с гидростатическим давлением, которое является фактором образования оползней. Для оползней-потоков характерно развитие на относительно пологих склонах (чаще 12—,15°), большая длина, незначительная ширина и рукавоподобность, которая обусловлена особенностями их формирования; затухание движения оползней-потоков происходит при крутизне склона 6—5°. Оползни сложных т и п о в . Строение, факторы и механизм развития этих оползней мало изучены. . К ним следует относить оползни, обычно больших и грандиозных объемов, формируемые под воздействием многих факторов и при сложном строении высоких склонов; состояние,, свойства и механизм движения оползневых масс меняется за время основного смещения. 39. Механизм и динамика оползневого процесса. Механика.Оползание-это явление движения со склонов и откосов отдельных объемов горных пород или подвижно соединенных между собой их частей , образующих оползневое тело, или вязкое течение масс г.п. под влиянием указанных выше сил.Вид, способ ,характер оползания масс г.п. определяют механизм оползневого процессамеханизм оползней г.п.Основным свойством механизма оползневого процесса является его определенность в части смещения ,т.е. относительно перемещения одной части г.п. по другой, по поверхностям и зонам ослабления. в одних случаях происходит оползание(сдвиг) блока или блоков г.п. (структурные оползни), в других перемещение масс г.п. происходит в виде течения (пластические оползни).Бывают переходные способы перемещения масс г.п.,когда отделившийся блок пород в процессе оползания разрушается , дробится, перетирается и дальнейшее его движение приобретает характер вязкого течения. Непрерывные необратимые деформации горных пород на склонах и в откосах при развитии пластических оползней подчиняются закону δ –δ0=η dλ / dt Скорость деформаций dλ / dt прямо пропорциональна напряжению выше предельного δ >δ0 для пород оползневого тела. δ0- предельное напряжение сдвига,характеризует изменение сил внутреннего сопротивления породы деформациям. Для установления механизма оползания масс г.п. необходимо иметь детальное представление о строении оползня, состояния и свойствах г.п.,его слагающих , и динамике его развития. Динамика.Следует отличать оползни современные от древних. Современные оползни связаны с современным положением базиса эрозии и уровня абразии. В динамике развития каждого оползня можно различать три этапа: 1)этап подготовки оползня, как правило, постепенного уменьшения устойчивости масс горных пород, 2)этап фактического образования оползня, как правило, сравнительно быстрой или резкой потери устойчивости массами горных пород и 3) этап существования – стабилизация оползня, восстановления устойчивости масс горных пород. Продолжительность этих этапов в каждой конкретном случае может быть различной. Этап подготовки может развиваться месяцами и годами, но при быстрой загрузке склона или откоса он может сократиться до нуля. Когда подготовительный этап занимает значительный отрезок времени, развитие явления происходит неравномерно. Начальная стадия развития процесса от последующей условно отделяется появлением трещин, увеличением величины и скорости смещения масс горных пород. Этап фактического образования оползня может иметь различную продолжительность, неравномерность скорости смещения оползневого тела или отдельных локальных его частей. Каждая новая значительная общая подвижка оползня характеризует стадию процесса, а местные подвижки – его фазы. Этап существования оползня наступает тогда, когда оползень образовался , причины вызвавшие его образование, устранены и оползневой процесс как таковой закончился. Устойчивость масс горных пород, сползших со склона или с откоса, восстанавливается, но при новом положении в рельефе. Повышение устойчивости может происходить постепенно, плавно или скачкообразно. Дальнейшее преобразование и изменение рельефа оползневого участка происходит под воздействием других агентов денудации. Такова общая схема динамики развития оползневого процесса. 40.Оползни скольжения и срезания, механизм образования, примеры. Оползни скольжения, консеквентные. В слоистых литифицированных осадочных (преимущественно), в интрузивных, эффузивных и метаморфических комплексах пород с развитыми в них системами тектонических разрывов и трещин, обычно ослабленных процессами разгрузки, выветриванием и сезонным обводнением, возникают крупные оползни блокового строения, нередко спровоцированные землетрясением. Подстилающие породы, по которым смещается массив, обладают чаще большей прочностью по сравнению с оползневым блоком. Слоистость, тектоническая трещина и иная наклонная поверхность ослабления или их сочетание создают условия, при которых по одной или нескольким из них происходит отчленение, а по другим — скольжение блоков пород и образуется консеквентный оползень. Наклон поверхности скольжения больше, чем крутизна склона, ее шероховатость, примазки, заполнитель трещин, степень увлажнения и величины напряжений существенно влияют на развитие оползней этого типа. Консеквентные оползни возникают, когда общее сопротивление сдвигу при природном нормальном напряжении на поверхности смещения, часто имеющей ломаную и ступенчатую формы, меньше суммарных (гравитационных, тектонических, гидродинамических) сдвигающих сил. Следовательно,, строение склона, предопределенные им поверхности ослабления, гидрогеологические условия, увеличение крутизны склона и дополнительные пригрузки — главные факторы образования консеквентных оползней. Консеквентные оползни широко распространены в разных районах. К ним относятся оползень 1963 г.объемом 250 млн. м3 на склоне горы Ток, на водохранилище Вайонт в Италии. Глинисто-карбонатные слоистые меловые породы вместе со старыми оползневыми массами начали смещаться по наклонной в сторону реки поверхности тонко- и толстослоистых более прочных известняков, заполнили водохранилище и надвинулись на противоположный правый берег. На завершающей части пути оползня характерным было детрузивное движение со смятием и выпором пород. Медленное движение оползня началось в 1960 г. при первоначальном наполнении водохранилищ и в дальнейшем происходило со скоростями от 0,3—(0,5 до 3,5 см в день при сниженных и высоких уровнях, вплоть до 9 октября 1963 г., когда произошла основная подвижка со скоростью до 25 м/с. Древние и современные оползни развиты на склонах долины р. Сулак в Дагестане; в частности, в районе водохранилища Чиркей-ской ГЭС возникло несколько консеквентных оползней при землетрясении 14 мая 1970 г. объемом около 1 млн. м3. Этот оползень сформировался в межовражном гребне в слоистой толще карбонатно-глинистых меловых пород, наклоненных под углом 12° в сторону р. Сулак; разуплотнение и выветривание пород гребня снизили их прочность и подготовили смещение. Встречаются оползни в гранитах; например, современные подвижки (1952 г.) в долине р. Храми на участке напорных водоводов ГЭС; древние в долине р. Варзоба к северу от Душанбе и в других районах. Большие блоки гранитов смещались по системе трещин, измененных выветриванием и частично обводненных. 41.Оползни выдавливания , факторы развития и меры борьбы.О п о л з н и в ы д а в л и в а н и я , детрузивные весьма разнообразны, возникают в различных комплексах пород—осадочных, метаморфизованных и изверженных при соответствующем строении склона и широко распространены на платформах и в складчатых областях. Е. П. Емельянова (1972) называет их оползнями I порядка, а Г. И. Тер-Степанян — «глубокой ползучести». Для оползней выдавливания характерно: 1) залегание относительно малопрочных под скальными породами, например, глин, аргиллитов, алевролитов и других под толщей известняков, песчаников, интрузивных и эффузивных тел; 2) уменьшение прочности подстилающих пород в результате появления в них скрытых микротрещин на начальной фазе формирования зоны смещения, разуплотнения, выщелачивания и увлажнения пород, а также расчленения на блоки вышележащей скальной толщи по существующим первичным и тектоническим трещинам в результате микроподвижек выветривания; 3) возникновение очагов концентрации напряжений, величины которых превышают показатели прочности подстилающих глинистых пород из-за увеличения высоты и крутизны склона в результате эрозионного или абразионного подмыва, неотектонических неравномерных поднятий, искусственных таодрезок и при-грузок; 4) значительные объемы, длительность времени «скрытых» деформаций, затем переходящих в фазу быстрых подвижек, что затрудняет их прогноз. Оползни выдавливания широко распространены на берегах Ангары, где интрузии траппов или толщи известняков трещиноватых залегают на менее прочных аргиллитах и алевролитах карбона. Напряжения, создаваемые весом блоков траппов, превышают прочность алевролитов, и образуется зона потенциальной ползучести, в которой при подмыве берега возникают медленные пластические деформации, переходящие в быстрые оползневые смещения. На Кавказе, в Средней Азии, Крыму, Поволжье и в других районах оползни выдавливания встречаются повсеместно, но обладают региональными специфическими особенностями в зависимости от геологического строения, напоров подземных вод, интенсивности подмыва и др. Для оползней выдавливания характерны большие объемы, быстрые подвижки, обычно наступающие после фазы медленных смещений, и блоковое строение. Меры борьбы: Основное воздействие мероприятий по борьбе с оползнями и по обеспечению стабильности склонов и откосов глубоких выемок должно быть направлено на главные факторы, их вызывающие: 1) изменяющим прочность пород склона (с) и 2) силовым, изменяющим напряженно-деформированное состояние массива пород склона и увеличивающим сдвигающее усилие (τ). Отношение их сумм определяет коэффициент запаса устойчивости склона Kу = C . 1.Удерживающие сооружения на склоне предназначаются для обеспечения стабильности склона или отдельных их частей возведением в зависимости от типа оползня различных конструкций и размеров: 1) подпорных стен, чаще бетонных или заанкерных; 2) буронабивных свай на всю мощность оползневого массива; 3) контрбанкетов в основании склона. 2.Повышение прочности оползневых масс: 1)методами технической мелиорации – электроосмос, обжиг и другие для водонасыщенных рыхлых глинистых и песчаных грунтов, образующих оползни-потоки и сплывы; 2) в зоне смещения путём заложения в скважинах в её пределах бетонных столбов (свай); 3) снижение влажности; 4) агролесомелиоративными методами – создание травяного покрова, посадки соответсвующей густоты кустарниковой и древесной растительности, обладающей транспирирующей способностью. 3.Осушение оползневых массивов в целях повышения прочности пород, снижение действующих на них взвешивающего и гидродинамического давления от грунтовых и напорных вод путём: 1) организации стока поверхностных вод; 2) устройство подземных дренажей разных конструкций (галереи, горизонтальные и откосные скважины…). 4.Широко применяются дренажные подземные горизонтальные галереи с пробуренными из них скважинами фильтрами для лучшего перехвата пластовых и пластово-трещинных вод; откосные дренажи в местах сосредоточенных выходов подземных вод на склонах; система из горизонтальных и пологонаклонных осушительных скважин. Могут быть эффективны подземные дренажи с сифонным сбросом собранных вод. Вопрос № 42. Оползни-потоки, факторы их образования и меры борьбы По А.П.Павлову оползни вязко-пластичные, или деляпсивные известны как оползни-потоки и сплывы. Данные виды оползней являются наиболее распространенными оползнями во всех районах и сложены водонасыщенными глинистыми, лессовыми и обломочно-глинистыми массами. Весьма разнообразны как их объемы (от первых тысяч до сотен тысяч и даже нескольких миллионов кубических метров), так и скорости движения от медленных и периодически останавливающихся до быстрых (0,5-0,6 м/с). Оползни - потоки и сплывы возникают при таком увлажнении пород, их образующих, за счёт дождевых, снеговых, подземных и хозяйственных вод, при котором, из-за снижения прочности обломочно-глинистых масс, они начинают двигаться как вязкопластичное тело со значительным преобладанием деформаций сдвига, с образованием главной поверхности (зоны) смещения. В фазу подготовки основной подвижки одновременно с обводнением оползнеобразующих пород происходит их выветривание и выщелачивание, способствующие общему снижению прочности, возникновению прогрессирующих мелких трещин и микродеформаций. Увлажнение неоднородных обломочно-глинистых масс на склоне (старых оползневых накоплений, делювия, элювия и др.) происходит неравномерно, и в них могут возникнуть очаги с гидростатическим давлением, которое является фактором образования оползней. Для оползней-потоков характерно развитие на относительно пологих склонах (чаще 12-15°), большая длина, незначительная ширина и рукавоподобность, которая обусловлена особенностями их формирования; затухание движения оползней-потоков происходит при крутизне склона 5-6°. Обычно оползни-потоки образуются в эрозионной ложбине склона, в которую смываются и где накапливаются щебнисто-глинистые массы и стекаются поверхностные и отчасти подземные воды, обусловливая повышенное увлажнение пород. Для оползней в лессах установлена характерная особенность их развития и приуроченность к зонам тектонических разломов. Меры борьбы: Основное воздействие мероприятий по борьбе с оползнями и по обеспечению стабильности склонов и откосов глубоких выемок должно быть направлено на главные факторы, их вызывающие: 1) изменяющим прочность пород склона (с) и 2) силовым, изменяющим напряженно-деформированное состояние массива пород склона и увеличивающим сдвигающее усилие (τ). Отношение их сумм определяет коэффициент запаса устойчивости склона Kу = C . 5. Удерживающие сооружения на склоне предназначаются для обеспечения стабильности склона или отдельных их частей возведением в зависимости от типа оползня различных конструкций и размеров: 1) подпорных стен, чаще бетонных или заанкерных; 2) буронабивных свай на всю мощность оползневого массива; 3) контрбанкетов в основании склона. 6. Повышение прочности оползневых масс: 1)методами технической мелиорации – электроосмос, обжиг и другие для водонасыщенных рыхлых глинистых и песчаных грунтов, образующих оползни-потоки и сплывы; 2) в зоне смещения путём заложения в скважинах в её пределах бетонных столбов (свай); 3) снижение влажности; 4) агролесомелиоративными методами – создание травяного покрова, посадки соответсвующей густоты кустарниковой и древесной растительности, обладающей транспирирующей способностью. 7. Осушение оползневых массивов в целях повышения прочности пород, снижение действующих на них взвешивающего и гидродинамического давления от грунтовых и напорных вод путём: 1) организации стока поверхностных вод; 2) устройство подземных дренажей разных конструкций (галереи, горизонтальные и откосные скважины…). 8. Широко применяются дренажные подземные горизонтальные галереи с пробуренными из них скважинами фильтрами для лучшего перехвата пластовых и пластово-трещинных вод; откосные дренажи в местах сосредоточенных выходов подземных вод на склонах; система из горизонтальных и пологонаклонных осушительных скважин. Могут быть эффективны подземные дренажи с сифонным сбросом собранных вод. Вопрос № 43. Оползни на склонах, сложенных однородными массивами горных пород Это оползни сложных типов. К ним относятся оползни больших и грандиозных объемов, формируемые под воздействием многих факторов и при сложном строении высоких склонов. Главными факторами формирования таких оползней являются непрерывное снижение прочности пород в результате выветривания и возрастающей их общей обводненности, а также гидродинамическое давление вод в зонах разломов. Если выветрелые и обводненные массивы пород крутого горного склона, подготовленные к смещению и находящиеся в состоянии, близком к предельному, подвергнутся даже слабому сейсмическому воздействию, то возникнет крупный оползень. В Забайкалье, на Кавказе, особенно в Средней Азии, в Чехословакии и в других горных областях распространены древние и современные оползни и огромные осевшие массивы у вершин горных хребтов, в образовании которых сейсмичность являлась главным «силовым» фактором; такие смещения следует называть сейсмогенными оползнями, обвалами и осевшими массивами. Вопрос № 44. Изучение склонов и методы оценки их устойчивости Существуют различные классификации склонов по следующим признакам: 1. по стратиграфо-литологическому (региональному); 2. по генетическому, выделяются генетические типы склонов: обвально-осыпные, оползневые, делювиальные, эрозионные, солифлюкционные, десерпционные, террасированные, тектонические, сложного генезиса; 3. по возрасту; 4. по степени обводенности – необводненные, слабообводненные, сильнообводненные; 5. по высоте: очень низкие 12-15м, низкие 25-30м, средние 50-60м, высокие 100-120м, очень высокие 200-250м и сверх высокие (горные) 400-600м; 6. по крутизне; 7. по морфологии – выпуклые, вогнутые, прямые и ступенчатые; 8. по стадии развития и современному состоянию (устойчивости). Разделяют три стадии развития склонов: стадия подготовки (создание обстановки, необходимой для возникновения на склоне оползня, обвала, курума или развала), стадия интенсивного формирования (преобладает развитие данного геологического процесса) и стадия затухания геологических процессов (когда факторы, вызывающие нарушения стабильности, в основном исчерпаны). Методы оценки устойчивости склонов Методы аналогий (сравнительно-геологический, сравнительный, геологического подобия, историкогеологический) – основан на изучении геологического строения, истории формирования и закономерностей развития оползней и склонов, на установлении характерных показателей, систематизации данных и на сопоставлении их для разных существующих оцениваемых и прогнозируемых склонов. Метод природных аналогов (Розовский) – предполагает условие равенства критериев геологического подобия среды, действующих факторов, вида и механизма прогнозируемых процессов, а также времени их действия. Сравнительно-геологический метод – основан на статически обработанных данных о строении склонов и подземных водах, о типах оползней за всю историю формирования склона. Расчётные и экспериментальные методы – 1) позволяющие определить коэффициент запаса устойчивости Ky. Это методы Филлениуса-Терцаги, Маслова, Шахунянца, их можно назвать инженерными; 2) экспериментальнорасчетные, основанные на предварительном определении напряженно-деформированного состояния пород склона на моделях или расчётным путем и на дальнейшем сопоставлении величин напряжений с показателями прочности пород по всему разрезу; 3) экспериментальные – на моделях из эквивалентынх материалов и на центрифугах, позволяющие проанализировать нарастание напряжений. Расчётные методы определения величин и распределения напряжений: численные, конечных элементов и вариационно-разностных. Вопрос № 45. Методы расчёта устойчивости склонов Приближенные методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород на склонах и в откосах по поверхностям скольжения. Такие расчеты включают в себя: 1) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными породами, и 2) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами. Из этой группы методов большей известностью пользуются методы, предложенные Феллениусом, Терцаги, Вернацким, Тейлором, Фрелихом, Чугаевым, Гольдштейном, Шахунянцем, Масловым и Фисенко. Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными горными породами. Этот метод применим для склонов и откосов, в геологическом строении которых имеются явные границы раздела в напластовании горных пород, ориентированные неблагоприятно, т. е. наклоненные к основанию склона или образованные наклонными трещинами. Расчетная схема склона или откоса при использовании этого метода аналогична схеме расчета устойчивости оползня, имеющего наклонную поверхность скольжения с тем отличием, что на расчетном геологическом разрезе намечают не выявленную, а возможную или возможные поверхности скольжения. В остальном весь расчет устойчивости склона или откоса производят так же, как и при расчете устойчивости оползня. Для этого подготавливают: 1) обоснованную расчетную схему — детальный геологический разрез; 2) обоснованные расчетные данные; 3) обоснование момента, для которого производится расчет, т. е. наиболее неблагоприятное сочетание силовых воздействий. Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными горными породами. В однородных изотропных породах, не имеющих каких-либо видимых границ разделов, ориентированных наклонно к основанию склона или откоса, поверхность скольжения обычно имеет вогнутую, условно круглоцилиндрическую форму. Поэтому расчет устойчивости в таких случаях обычно называют методом расчета по кругло-цилиндрической поверхности скольжения. Наиболее вероятными местами выхода этой поверхности скольжения на поверхность земли обычно являются бровка склона или откоса или часть их, приближающаяся к бровке, и их основания. При расчете устойчивости таких склонов и откосов на геологическом разрезе радиусом произвольной длины намечают несколько поверхностей скольжения и по каждой из них проверяют устойчивость масс горных пород, ограниченных поверхностями скольжения и рельефа склона. Склон или откос можно считать устойчивым, если по каждой намеченной поверхности скольжения коэффициент устойчивости будет больше единицы. Сущность расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами, состоит в следующем. Предполагается, что оползание пород может произойти по одной из намеченных поверхностей. Предельное равновесие масс горных пород по этой поверхности определяется равенством моментов действующих сил относительно центра вращения. Соответственно коэффициент устойчивости откоса в этом случае должен быть равен единице. Момент сил вращения, т. е. момент силы тяжести, равен произведению составляющей силы тяжести на плечо, равное радиусу. Так как угол наклона поверхности скольжения в разных ее точках неодинаков, соответственно и составляющая силы тяжести в этих точках изменяется. Поэтому момент сил вращения определяется как произведение суммы составляющих силы тяжести на радиус. Момент удерживающих сил равен произведению суммы сил сопротивления сдвигу на плечо. Поэтому при предельном равновесии коэффициент устойчивости откоса: Метод расчета устойчивости склонов и откосов ВНИМИ. Этот метод разработан Г. Л. Фисенко и относится к числу сравнительно новых инженерных методов. Его основой является определенный порядок построения наиболее вероятной поверхности скольжения, при определении формы и расположения которой учитываются следующие основные положения теории предельного равновесия сыпучей среды: 1. Нарушение устойчивости склона или откоса происходит в виде оползания части слагающих их горных пород по поверхности скольжения, имеющей в однородных породах форму, близкую к круглоцилиндрической. 2. Элементарные площадки скольжения в однородных горных породах могут возникать начиная лишь с глубины, где напряжения будут не менее : σ1=2ctg(45°—φ/2). 3. Вдали от бровки склона или откоса ось главных напряжений совпадает с вертикалью, при приближении к их поверхности изменяет наклон в сторону склона (откоса), а на плоских и вогнутых поверхностях склонов и откосов совпадает с ними. 4. С изменением направления главных напряжений изменяется и наклон площадок скольжения от угла (45° — ф/2) к вертикали в некотором удалении от откоса до угла (45° — ф/2) к поверхности откоса при его пересечении. 5. В однородных горных породах площадки скольжения возникают на глубине, соответствующей максимально возможной высоте вертикального откоса. Метод Н. Н. Маслова оценки устойчивости склонов и откосов. Это один из широко известных приближенных методов, названный автором методом равнопрочного откоса или методом Fp. Равнопрочным принято называть такой откос, у которого в любом горизонтальном сечении обеспечена устойчивость слагающих его горных пород. Зная угол сопротивления сдвигу горных пород каждого горизонта, слагающих склон или откос, и учитывая распределение напряжений от собственного веса пород, можно наметить очертание устойчивого склона или откоса. Вопрос № 46. Меры борьбы с оползнями По назначению укрепительные и защитные инженерные, лесомелиоративные и организационнопрофилактические противооолзневые и другие мероприятия можно подразделить: 1. на капитальные комплексные; 2. то же, но из-за огромных объемов оползней обеспечивающие лишь временную устойчивость склона и возможность проведения строительных работ; 3. предупредительные, заблоговременные, по предотвращению катастрофических последствий; 4. экстренные, неотложные, осуществляемые в аварийном порядке после полного или частичного схода оползня. Основное воздействие мероприятий по борьбе с оползнями и по обеспечению стабильности склонов и откосов глубоких выемок должно быть направлено на главные факторы, их вызывающие: 1) изменяющим прочность пород склона (с) и 2) силовым, изменяющим напряженно-деформированное состояние массива пород склона и увеличивающим сдвигающее усилие (τ). Отношение их сумм определяет коэффициент запаса устойчивости склона Kу = C . 1. Берегозащитные сооружения - устройство различных инж.сооружений в целях прекращения или существенного ослабления размыва волнами и течениями береговой отмели и основания надводного склона. 2. Удерживающие сооружения на склоне предназначаются для обеспечения стабильности склона или отдельных их частей возведением в зависимости от типа оползня различных конструкций и размеров: 1) подпорных стен, чаще бетонных или заанкерных; 2) буронабивных свай на всю мощность оползневого массива; 3) контрбанкетов в основании склона. 3. Повышение прочности оползневых масс: 1)методами тхнической мелиорации – электроосмос, обжиг и другие для водонасыщенных рыхлых глинистых и песчаных грунтов, образующих оползни-потоки и сплывы; 2) в зоне смещения путём заложения в скважинах в её пределах бетонных столбов (свай); 3) снижение влажности; 4) агролесомелиоративными методами – создание травяного покрова, посадки соответсвующей густоты кустарниковой и древесной растительности, обладающей транспирирующей способностью. 4. Осушение оползневых массивов в целях повышения прочности пород, снижение действующих на них взвешивающего и гидродинамического давления от грунтовых и напорных вод путём: 1) организации стока поверхностных вод; 2) устройство подземных дренажей разных конструкций (галереи, горизонтальные и откосные скважины…). 5. Широко применяются дренажные подземные горизонтальные галереи с пробуренными из них скважинами фильтрами для лучшего перехвата пластовых и пластово-трещинных вод; откосные дренажи в местах сосредоточенных выходов подземных вод на склонах; система из горизонтальных и пологонаклонных осушительных скважин. Могут быть эффективны подземные дренажи с сифонным сбросом собранных вод. 47. Основные условия развития карста. Типизация карста 1. По составу карстующихся пород: а-карбонатный а1-известняковый а2-доломитовый а3-меловой б – сульфатный б1-гипсовый б2-ангидритовый в – галоидный (соляной) г – силикатный 2. По строению разреза - голый - задернованный - перекрытый - покрытый - бронированный 3. Относительно кровли карстующихся пород: - поверхностный - глубинный Условия развития процесса 1. Литологические 2. Пути движения воды в породе: - тектонические (выделение сколовых и отрывных нарушений) - литогенетические (диагенетические) - выветривания 3. Гидродинамические (гидродинамическая зональность) 4. Агрессивность (особенности формирования карбонатной агрессивности) Под карстом следует понимать геологические процессы в основном химического взаимодействия растворимых горных пород и движущихся подземных и поверхностных вод, создающих характерные геологические явления, в виде: 1) подземных форм — разнообразных каверн, полостей, каналов и др.; 2) своеобразного рельефа — воронки, карры, замкнутые котловины, овраги, долины и др.; 3) особых континентальных субтерральных накоплений (остаточные, хемогенные, водномеханические и др.). Для развития карста необходимо сочетание следующих основных условий: - наличие растворимых пород — карбонатных, сульфатных и галлоидных, доступных для проникания в них поверхностных и подземных вод; - водопроницаемость карстующихся пород — трещинная, поровая и по разрывам, обусловливающая возможность в них движения вод; - движение подземных вод, интенсивность водообмена и вынос продуктов выщелачивания; - агрессивность, растворяющая способность поверхностных и подземных вод, обусловленная их химическим составом, температурой, присутствием газов (СО2, H2S и др.) и микроорганизмов. На активизацию или замедление карстовых процессов влияют многочисленные природные и техногенные факторы, удельная роль которых в разных комплексах пород, структурах, гидрогеологических условиях и климатических зонах различна. Наибольший интерес представляют те компоненты среды и действующие факторы, которые так активизируют карстовые процессы, что возникает опасность для сооружений и затрудняется использование территории. К ним относятся: 1) неоднородность литологического строения и состава карстующихся пород, наличие в них нерастворимых слоев и примесей, текстурные особенности; 2) трещиноватость массива пород (литогенетическая, тектоническая, экзогенная и иная), ее интенсивность и пространственное распространение; 3) тектонические структуры — складчатые и особенно разрывные, определяющие пути движения основных потоков подземных вод; 4) новейшая геологическая история района, характер и интенсивность неотектонических движений, обусловливающих формирование рельефа и положение местных и региональных базисов дренирования подземных вод; 5) рельеф карстовых районов, наличие покрова четвертичных глинистых пород и растительности, влияющих на поверхностный, сток и инфильтрацию атмосферных осадков: 6) климатогидрологические факторы, отражающиеся на гидрогеологической обстановке карстующихся массивов пород; 7) техногенные факторы, разнообразные по характеру влияния, интенсивности и последствиям, изменяющие уровни и режим подземных вод, их состав, агрессивность и водообмен. 48. Гидродинамические зоны карста в отложениях платформенных областей; влияние тектонических нарушений и литолого-фациальной изменчивости пород. Гидродинамическая зональность карста важна для понимания истории его формирования, для оценки степени и распространения закарстованности массива и скорости процессов. Гидродинамическая зональность карста прослеживается в вертикальном и горизонтальном направлениях, обусловленная рельефом, литологическим разрезом массива пород и положением базиса дренирования карстовых вод. В общем случае в однородном по литологии и водопроницаемости карстующемся массиве равнинно-платформенных областей выделяются гидродинамические зоны. Вертикальные (по Д. С. Соколову): 1 — аэрации; II — сезонных колебаний; III — полного водонасыщения с обособлением подзоны д непосредственной разгрузки у дренирующего водотока; IV — глубокого обычно замедленного движения подземных вод. Горизонтальные (по А. Г. Лыкошину): А — присклоновую; Б — придолинную и В — приводораздельную. Указанная схема гидродинамической зональности развития карста относится к постоянному уровню дренирования подземных вод; если он изменяется, например при эрозионном врезе из-за тектонического поднятия карстующегося массива, то это влечет формирование новой зональности, обычно наложенной на предыдущую. Аналогично будет происходить перемещение (относительное поднятие) гидродинамических зон при опускании массива пород. Интенсивность карстовых процессов неодинакова в разных зонах, что обусловлено различным водообменом в них и растворяющей способностью подземных вод, изменяющейся на путях движения. Наиболее энергично карстовые процессы происходят в зонах: сезонных колебаний уровня подземных вод, в которые периодически и глубоко в массив проникают маломинерализованные воды реки или водохранилища, где за время низких уровней накопились различные более растворимые продукты выветривания; присклоновой, в которой большие градиенты и скорости инфильтрации определяют интенсивный обмен ненасыщенных солями вод; непосредственной разгрузки под или вблизи дренирующего русла в том случае, если подземные воды на пути к нему не потеряли растворяющей способности. На степень закарстованности разных зон конкретного массива растворимых пород помимо агрессивности воды и интенсивности водообмена влияет продолжительность процесса. Наиболее полно гидродинамическая зональность проявляется в зрелую стадию развития карста. Существенное усложнение в рассмотренную схему гидродинамической зональности карста вносят тектонические нарушения (разломы, крупные трещины и др.), которые могут быть как дренами, так и зонами разгрузки напорных вод. Для многих рек Восточно-Европейской и Сибирской платформ в области распространения гипсо-карбонатных толщ типичным является разгрузка в руслах высоконапорных подземных вод по тектоническим разрывам, которая приводит к повышенной закарстованности, а при больших градиентах, к суффозионным выносам и сдвижениям пород. Сосредоточенный восходящий поток напорных вод по разлому формирует вначале, при высоком положении рельефа, карстовую пустотность, а затем, вследствие эрозионного снижения поверхности земли и увеличения скоростей движения вод, начинается вынос песков из нижнего слоя, в конечном итоге приводящий к образованию мульды сдвижения. Важное значение в развитии закономерности имеют часто встречающиеся отдельные маломощные (1—3 м) прослои труднорастворимых глинистых известняков, мергелей или глин, иногда линзообразного залегания. Таким примером являются девонские отложения в районе Витебских порогов на Зап. Двине. Обстоятельная разведка, опытно-фильтрационные и другие работы на нескольких возможных створах плотины установили, что под ледниковыми отложениями в 80метровой толще девонских доломитов под руслом реки залегает 3—4-метровый прослой мергелей, выше и ниже которого степень закарстованности резко различна, о чем можно судить по величинам удельных водопоглощений qH и коэффициентам фильтрации Кф. Влияние тектонической нарушенности наиболее заметно в гидродинамических зонах карста горноскладчатых областей. Среди факторов, определяющих гидродинамическую зональность в горноскладчатых областях по сравнению с платформенными, структурно-тектонические приобретают решающую роль — разломы с зонами дробления, расчлененность рельефа, интенсивность новейших движений и др. В этих областях поверхностный сток обычно преобладает над фильтрацией. Подземные воды характеризуются большими градиентами и скоростями, преобладают вертикальные пути движения, приуроченные в основном к зонам тектонических нарушений, где породы раздроблены, более растворимы и водопроницаемы. Энергичная эрозия в глубину, обусловленная интенсивными тектоническими поднятиями, создает условия, в которых даже в относительно растворимых породах не успевает сформироваться гидродинамическая зональность к базису стока и, следовательно, массивы пород закарстованы локально главным образом по разломам и с поверхности, в зоне разгрузки и выветривания. Для горных областей типична большая, чем на платформах, вертикальная зональность (этажность) карста, и нередко высокая степень закарстованности массива в пределах древних поверхностей, например плиоцен-миоценовых, что обусловлено-длительностью действия процессов (фактор времени), более теплым климатом и водностью. 49. Оценка закарстованности территорий. Карстующиеся породы — карбонатные, сульфатные и соляные, широко распространены в осадочном чехле земной коры во всех системах, начиная с кембрийской. На всех континентах Земли карбонатные породы занимают площадь 40 млн. км2, гипсы — около 7 млн. км2 и соли — до 4 млн. км2; в России обнаженные и погребенные карбонатные отложения составляют 40% территории, а в отдельных регионах больше. Карбонатный, гипсовый и соляной карст древний и молодой встречается практически повсеместно, где развиты соответствующие отложения, и прослеживается до глубины 300—400 м, как на платформах, где чаще связан с погребенными речными долинами, так и в складчатых областях. Классическими районами развития карбонатного карста на европейской части России являются: южный склон Балтийского щита, Польско-Литовская синеклиза, крылья Московской синеклизы, Волго-Уральский свод, Жигулевское поднятие, локальные структуры (валы, антиклинали), Донбасс и другие, а также альпийские складчатые области юга — Кавказ, Крым, предкарпатский прогиб. Одной из важных задач инженерно-геологического изучения карста является характеристика скорости процессов, в зависимости от которой устанавливается их опасность, дается оценка степени закарстованности массива пород и устойчивости применительно к разным сооружениям и использованию территории и пещер. Имеется несколько предложений по этому вопросу. Н. В. Родионов рекомендует оценивать скорость карстовых процессов крупных территорий показателем современной активности карста Ак, представляющего отношение количества растворимого вещества в процентах к общему объему карстующегося массива пород за тысячелетие. Количество растворимых пород устанавливается по данным режимных наблюдений по суммарной минерализации вод родников и водоносного горизонта в оцениваемом массиве. Следует иметь в виду, что определить водный баланс карстующегося массива трудно, что полученные величины Ак характеризуют только ограниченные годы наблюдений, а распространяются они на тысячелетия и что нет оснований считать неизменной интенсивность процессов в предшествующие эпохи. Многие исследователи — 3. А. Макеев, Г. А. Максимович (1963), И. А. Саваренский (1962), К. А. Горбунова (1979) и другие характеризуют степень устойчивости территории по показателю N— появления новых карстовых воронок (по их числу, суммарной площади или объему) за год на площади 1 км2. Следовательно, чем больше возникает воронок и чем больше их общая площадь или объем, тем интенсивнее. Более объективным является предложение по оценке скорости современных карстовых процессов и затем степени их опасности, если они основываются на данных о водном балансе в соответствии с реально сложившейся гидродинамической зональностью, т. е. интенсивностью водообмена различных частей карстующегося массива, на величинах и составе минерализации подземных вод по сезонам года для тех же гидродинамических зон. Для применения гидродинамического метода оценки современного карста требуется детальная разведка и фильтрационное опробование для выявления величины и распространения за-харстованности массива, режимные наблюдения за уровнями и химизмом вод в разных зонах, гидролого-химические измерения на поверхностных водотоках и эксперименты на моделях для проверки гипотезы о гидродинамической зональности. Этот метод можно использовать для прогноза интенсивности карстовых процессов с учетом техногенных факторов, например при изменении минерализации и агрессивности вод по отношению к карстующимся породам, увеличение растворимости которых следует оценить лабораторными опытами. Данные о гидродинамических зонах массива, о распределении закарстованности, величинах водообмена и растворении пород в каждой зоне необходимо сопоставить с карстопроявлениями на поверхности в пределах отдельных геоморфологических элементов, которым чаще соответствуют и различия в геологическом строении. На основе такого анализа представляется возможным приближенноколичественно оценить по нескольким, лучше по трем категориям, потенциальную карстовую неустойчивость и стабильность разных частей массива пород (или территории). В последние годы появились работы, в которых рассматриваются возможность и эффективность применения вероятностно-статистических методов к оценке и прогнозу карстовых процессов (Толмачев, 1980). Предполагается, что интенсивность карстовых провалов пропорциональна плотности воронок и их размерам. С помощью коэффициентов связи по теории качественных признаков устанавливается влияние независимых между собой факторов, например глубины залегания карстующихся пород, мощности глин над ними и других с оценкой значимости, каждого на количество провалов как более опасному результату карстовых процессов. Чем больше учитывается факторов, тем кривая связи ближе к нормальному распределению. При использовании ВСМ. для оценки карста необходимо учитывать: 1) что многие факторы карсто- образования взаимообусловлены, имеют прямые и обратные связи, а не «независимы»; 2) что карст — непрерывно развивающийся процесс, вследствие которого изменяется общая закарстованность массива, движение, режим и агрессивность подземных вод; 3) подготовка к провалу обычно длится значительное, возможно, даже геологическое время; 4) что на древнюю закарстованность накладываются современные процессы и нет стационарности в их развитии, а провалы свидетельствуют о качественных изменениях; 5) квазиоднородность геологического строения и гидрогеологических условий территории, где произошли карстовые провалы, и оцениваемой. Вероятностно-статистический метод практически исключает возможность оценки и прогноза карста и его опасности под влиянием техногенных факторов, изменяющих режим и химизм подземных вод, гидродинамическую зональность и другие, из-за отсутствия аналогов. При использовании ВСМ оценки и прогноза карста опасен формальный подход, применение расчетных приемов без обоснованной схемы сущности процесса, т. е. детерминированной модели, без учета временных изменений среды и действующих факторов. Поэтому по ВСМ карстовые процессы возможно оценивать приближенно, на уровне региональных прогнозов, когда имеются данные о стационарности процесса и однородности среды их развития. 50. Инженерно-геологическое изучение карста и меры борьбы с ним. Система инженерных и иных мероприятий по обеспечению защиты существующих и проектируемых различных наземных и подземных сооружений на закарстованных территориях или внутри массива пород по своему содержанию и назначению различны и подразделяются: 1) для районов распространения карбонатного карста, обычно характеризующегося слабой и не опасной современной активностью, обоснованием мероприятий являются данные о характере, степени и пространственной закарстованности массива пород; 2) для районов активного современного карста в гипсах и солях, где вероятны и часты подземные обрушения и провалы на поверхности земли из-за большой закарстованности и ее вероятного значительного увеличения; 3) для направленных на предотвращение или существенное снижение скорости карстовых процессов до величин, безопасных для сооружений и территории, возникших под воздействием техногенных факторов. Характер и объем противокарстовых мероприятий зависит от конкретных инженерно-геологических условий территории и различны для промышленно-городских зданий, авто- и железных дорог, гидротехнических, подземных сооружений и др. В практике проектирования и строительства в карстовых районах применяются защитные мероприятия. 1. Организация стока поверхностных вод (дождевых, талых, хозяйственных), предусматривающая практически полный их перехват системой канав, ливневодов, покрытий, тампонированием карстовых воронок и рвов, исключающая поступление агрессивных вод в карстующуюся толщу. Это обязательное мероприятие осуществляется обычно на большой площади, требует тщательности выполнения и эксплуатации. 2. Дренаж агрессивных подземных вод в целях недопущения их в толщу пород под защищаемыми сооружениями или освоенной территорией, иногда в сочетании с искусственным засолением для уменьшения растворяющей способности вод. Расположение, конструктивные решения и эффективность дренажной системы требует из-за сложности обстоятельного гидрогеологического обоснования данными разнообразных натурных и экспериментальных исследований. 3. Заполнение (тампонирование) карстовых полостей и трещин песком, мелким щебнем и цементным раствором с помощью засыпки и нагнетания, для поддержания свода пещеры и предотвращения его обрушения на участке расположения сооружения. При осуществлении этого мероприятия нет уверенности, что все и полностью крупные полости будут так плотно затампонированы, что исключаются деформации пород в сводах. Кроме того, при заполнении полостей слабофильтрующим материалом возможно формирование новых путей движения подземных вод и активизация карста в прилегающих толщах растворимых пород. Требуется детальный анализ эффективности данного мероприятия как временного, так и постоянного действия. 4. Создание в кровле закарстованнои толщи или в основании вышележащих пород искусственно закрепленного слоя соответствующей толщины и протяженности, являющегося своеобразным перекрытием, воспринимающим нагрузку от сооружения и предохраняющего от распространения вверх зоны сдвижения в случае обрушения свода крупной карстовой полости и не нарушающего сложившихся путей движения подземных вод. Во многих случаях при благоприятном геологическом разрезе участка данное мероприятие эффективно для стабилизации полотна авто- и железных дорог, отдельных зданий, опор и др. При невозможности тем или иным способом укрепить закарстован-ный массив в основании сооружений следует предусмотреть особые виды их фундаментов и конструкций, мало деформирующихся при возникновении провалов. Такие фундаменты могут быть в виде опор глубокого заложения, ниже зоны сильной закарстованности, где возможны обрушения, а также фундаменты из свай-стоек, из (висячих свай и др.). Ответственной и сложной проблемой является оценка закарстованности массива, скорости процессов, их опасности и выбор защитных мероприятий при возведении высоких плотин. Из многочисленных случаев создания плотин и водохранилищ, когда возникает фильтрационный поток с большими расходами, важный не только с позиций потерь воды, но опасный для устойчивости сооружений, в связи с образованием суффозионных и других процессов. Методы борьбы с карстовыми процессами в соляных толщах более сложные из-за легкой растворимости этих пород. Одним из методов, применяемых при открытой разработке соляных месторождений, является создание гидрозавес различных типов. Верхнюю часть пресных грунтовых вод дренируют кольцевой траншеей или галереей и сбрасывают «на сторону», за пределы влияния карьера. Нижнюю часть надсолевого потока грунтовых вод перекрывают из траншеи непроницаемой продольной перемычкой (стенкой) и подпитывают его рассолами, выкачиваемыми из карьера, чем предотвращается растворение соляного пласта. При ином гидрогеологическом строении, при подземной разработке солей или в случае предотвращения возможности выщелачивания и карста в соляной пачке или купола создается другая система гидрозавес, в том числе путем искусственного насыщения подземных вод рассолами, делающими их неагрессивными. Вопросы методики исследования карста. Методика изучения карста в инженерно-геологических целях основывается на следующих положениях. 1. Закономерности, интенсивность, степень и распространение современной закарстованности существенно различны в карбонатных, меловых, гипсовых и соляных толщах. Развитие карстовых процессов в прошедшие геологические и современную эпоху возможно при сочетании четырех основных условий. На карстовые процессы большое влияние оказывают: фациально-литологическая изменчивость пород, их растворимость, наличие глинистых прослоев, трещиноватость, складчатые и разрывные структуры, геологическая история развития, гидродинамические зоны с различным режимом подземных вод и балансом в каждой из них. 2. Комплексные гидрогеологические и инженерно-геологические исследования должны установить региональные и локальные (в конкретном массиве пород и в каждую эпоху) закономерности карста, основные и способствующие природные и техногенные факторы по возможности в приближенноколичественной и временной форме. Изучение гидрогеологических факторов и скорости развития карста — наиболее важный раздел исследований. 3. По материалам комплексных исследований оценивается степень v. распространение закарстованности массива пород, на основе которых определяются опасность карста и система укрепительных и защитных мероприятий, а также конструкции и типы фундаментов сооружений. 4. Задачи, содержание, виды и объемы натурных, экспериментальных и других исследований зависят от особенностей геологического строения и гидрогеологических условий массива карстующихся пород, зональности и интенсивности карста и определяются назначением исследований — региональное изучение, промышленно-городское, транспортное, гидротехническое, подземное строительство (включая шахтное) и другое, а также стадией изысканий. Как правило, основные вопросы исследований сохраняются на всех этапах, но изменяется их детальность, а следовательно виды, методы и объемы работ, технология их выполнения. На начальном этапе изысканий для обоснования схем намеченного строительства, освоения и защиты территории или при региональных исследованиях ведущими запросами являются выявление общих геологических и гидрогеологических, в том числе палеогидрогеологических закономерностей карста, его приуроченность к стратиграфо-литологическим комплексам и структурам пород, характер и степень их закарстованности, а также черты истории формирования карста. На этом этапе основным методом изучения является специализированная геологическая съемка, начало режимных наблюдений и обобщаются имеющиеся данные: по современному карстопроявлению; по водоотливам при проходке и эксплуатации открытых и подземных выемок; по происшедшим обрушениям; по расходам и минерализации вод ручьев и рек, указывающих на поступление карстовых или на поглощение поверхностных вод. Основные этапы геологической истории развития карста в древние эпохи и в новейшее время в увязке с характером и интенсивностью тектонических движений — важный вопрос исследований на данной стадии. Геофизическими работами выявляются области повышенной закарстованности и обосновываются места заложения разведочных выработок и участков режимных наблюдений. Бурение скважин осуществляется в ограниченном объеме и обычно предназначается для создания стационарной сети пьезометров в сочетании с родниками за изучением уровенного режима и химизма подземных вод на типичных полигонах. Детальные инженерно-геологические исследования в карстовых районах являются целенаправленными, их виды, объемы и методы для городского, дорожного и гидротехнического (плотины, водохранилища, каналы) строительства должны быть различными. Обычно детальные исследования, в результате которых дается оценка современной закарстованности территории и массивов пород и прогноз карстовых процессов, т. е. степени их опасности, проводятся в две стадии. На первой, на основании гидрогеологических и инженерно-геологических материалов, дается предварительная оценка устойчивости территории и ориентировочный прогноз карста для решения главных задач — технической возможности и экономической целесообразности намеченного строительства или использования территории для обоснования комплекса принципиальных мер защиты и выбора безопасных конструкций сооружений. Или из-за значительной закарстованности и интенсивности процессов обосновать отказ от намеченной территории и перенос объектов на другие, более устойчивые площади, менее опасные по последствиям. На второй детальной стадии окончательного изучения карста в инженерно-геологических целях, предполагающей разработку проекта защиты основной задачей, является обоснование решений о конструкциях новых сооружений, типе и глубине заложения их фундаментов на выбранных участках или о конкретных защитных мероприятиях для существующих объектов, например полотна железной дороги или характера и глубины противо-фильтрационной завесы, дренажных систем и укрепительной цементации в основании плотины. Одновременно уточняются задачи, места и виды режимных инструментальных наблюдений за гидрологическими, гидрогеологическими и иными факторами развития карста, за происходящими в периоды строительства и эксплуатации внешне незаметными деформациями сооружений и пород в их основании. При изучении закарстованности территории и массивов пород и процессов карстообразования наряду со специализированной геологической съемкой — ведущим методом работ на начальной и первой детальной стадиях изысканий, большее применение и значение приобретают различные опытные гидрогеологические и геофизические работы, режимные наблюдения, объемы которых совместно с бурением, возрастают по мере увеличения детальности исследований. Существенна роль наблюдений за уровенным и химическим режимами поверхностных и подземных вод, за действием техногенных факторов, в первую очередь за откачками природных вод и за поступлением агрессивных технических вод в карстующийся массив для выявления гидродинамических зон, интенсивности растворения пород и составления водного баланса. Вопрос №51Суффозия суффозия — это один из видов фильтрационного разрушения обломочных пород или заполнителя' трещин и полостей в скальных и полускальных породах. Основными действующими силами, вызывающими развитие суффозии, являются либо большие скорости движения фильтрационного потока, который вымывает частицы, размывает породы, либо возникающее гидродинамическое давление в фильтрационном потоке. Если гидродинамическое давление велико, оно может при соответствующих условиях привести в движение всю массу породы, т. е. привести ее в плывунное состояние. Если оно мало, то в движение приходят только более мелкие частицы, находящиеся в составе породы. Реализация действия фильтрационного потока подземных вод на породу, которое проявляется в нарушении ее фильтрационной устойчивости, в подземном размыве (в развитии суффозии) возможна при следующих условиях: 1) определенной неоднородности породы, при которой возможно передвижение более мелких частиц среди более крупных и их вынос; 2) определенных градиентах потока, вызывающих образование повышенных скоростей фильтрации воды или определенной величины гидродинамического давления в породе; 3) наличии области выноса, разгрузки породы от мелких частиц, т. е. при выходе пород на поверхность, вскрытии их котлованами, выемками, карьерами, подземными выработками, дренажами или при соприкосновении — контактировании с породами более водопроницаемыми, скважность которых больше, способными поглощать мелкие частицы, выносимые потоком из пород, подверженных размыву. Сочетание этих условий определяет нарушение внутреннего равновесия в породе и неизбежность развития суффозии. в зависимости от геологической обстановки суффозия может развиваться в определенном слое или толще неоднородных по гранулометрическому составу пород; 'на контакте двух слоев, различающихся по составу; в неоднородном по составу заполнителе трещин и карстовых полостей; на контакте породы с заполнителем фильтров, дренажей и других искусственных присыпок и засыпок. суффозия развивается преимущественно в породах, у которых коэффи циент неоднородности гранулометрического состава больше 20, а гидравлический градиент больше 5. при оценке и прогнозе развития этого процесса одни исследователи отдают предпочтение определению скоростей фильтрации потока — размывающих скоростей, другие — определению величины градиентов потока, в зависимости от которых находится величина гидродинамического давления D г д = 1у в Для определения начальной скорости потока (м/сек), при которой начинается суффозия, нередко пользуются формулой : ν= Кф /15 При наличии двух смежных слоев разного гранулометриче ского состава скорость выноса частиц из слоя, сложенного более мелкозернистыми песками, определяется по формулам:vp=v0+f(d2/D2) где V 0 — скорость потока, при которой преодолевается вес частицы; d и D — средние диаметры частиц двух слоев. скорость выноса частиц из размывающегося слоя зависит от соотношения контролирующих диаметров частиц двух смежных слоев и выражается формулой vp=0,2d260(1+100 d260/D260) где d6Q и .D60 — контролирующий диаметр частиц, мм. Терцаги, рассматривая фильтрационную устойчивость песков, показал, что их разрушение восходящим фильтрационным потоком возможно при градиенте: Ip=(γ M -1)(1-n) где γ M - плотность минеральной части песка (удельный вес), г/см3; п — пористость песка, %. Для таких же условий фильтрационного потока фильтрационное разрушение неоднородных песчаных пород происходит при градиентах Ip=(γ M -1)(1-n)+0,5n. чем больше неоднородность породы, тем при меньших градиентах начинается суффозия. для обоснования _проектирования_ и строительства различных сооружений при прогнозе развития_суффозии необходимо оценивать а)__неоднородность гранулометрического состава пород, вызывающих сомнение в их фильтрационной устойчивости; б) возможные гидравлические условия фильтрационного потока, его скорости и градиенты; в) наличие условий для выноса мелких частиц, т. е. условий для разгрузки размываемых пород от мелких частиц под воздействием фильтрационного потока. При этом необходимо обращать внимание на геоморфоло- гические условия выхода водоносных горизонтов на поверхность,вскрытия их котлованами, подземными выработками, дренажами и др. Для предупреждения суффозии наиболее часто применяют такие меры, которые оказывают влияние на уменьшение градиентов и скоростей фильтрационного потока. Поэтому снижают уровни подземных вод дренажами в опасных участках; с целью уменьшения градиентов потока устраивают шпунтовые ограждения и противофильтрациоыные завесы для увеличения длины пути фильтрации потока или полного ограждения от него защищаемого участка. Для уменьшения выходных градиентов и скоростей подземного потока в зоне его разгрузки часто устраивают обратные фильтры, т. е. отсыпку водопроницаемых пород слоями в порядке постепенного возрастания размера частиц от мелких к крупным в направлении фильтрационного потока. Вопрос 52 ЭГП - система необратимых дискретных изменений состава и строения приповерхностной части ГС, точнее, отдельных наименее устойчивых ее элементов (объектов ЭГП), в результате энергомассообмена в зоне контакта литосферы с атмосферой и гидросферой:1) изменения физических полей;2) изменения, связанные с формами проявления ЭГП, что приводит к преобразованию двух компонентов ГС – пород и рельефа. Режим ЭГП Последовательность, повторяемость, продолжительность и масштабы (величина) изменений ГС. Характер изменения активности во времени на различных масштабных уровнях. Режим: Распределение в геологическом пространстве. Дискретность проявления во времени Автономность,независимость друг от друга,даже в пределах одного комплекса Эргодичность(в течении времени они становятся независимыми от начальных условий) Неравномерность распространения в геологическом пространстве Отсутствие инерционности Сложный характер зависимости ЭГП режима от факторов Механизм влияния факторов : 1. строго определенный 2. субординация факторов 3. величины критических значений всех факторов Структура режима ЭГП: Субрегиональный- изучает группы форм проявления процесса ,развивающегося в пределах геологического тела .Характеризует развитие процесса в пределах однородных геологич условий.Более сложный,отличается от элементарного и локального Локальный-характеризует отдельную форму проявления процесса (отдельный оползень) Однородные голог условия. Элементарный-отдельная часть формы проявления процесса Региональный-это режим большой по площади территории., с различными геологическими условиями, различными генетическими разновидностями изучаемого процесса. Непрерывный-непрервность данных с автоматической записью Суточный-данные получают 1 раз в сутки Месячный-наблюдения 1 раз в месяц Сезонный- по количеству опасных процессов в сезоне Активность ЭГП Величина изменений ГС второй группы, отнесенная к единице времени. Интенсивность Суммарная, накопленная величина изменений ГС. 53 Наблюдательная сеть для изучения режима ЭГП Важным обстоятельством при изучении режима ЭГП, в частности, размещении наблюдательных сетей, являются закономерности их распространения, локализация в геологическом пространстве. С этой точки зрения все ЭГП можно разделить на две группы. Первая группа - это пространственнодетерминированные процессы - абразия, речная эрозия, сели, связанные с определенными формами рельефа на границе литосферы и поверхностной гидросферы. Ко второй относятся оползни и овражная эрозия, распространение которых подчиняется вероятностным законам. Управление экзогенными геологическими процессами (ЭГП) – состав и этапы работ, цели, задачи и конечные результаты 1Региональные исследования и картографирование. Цель – выявление распространения и условий развития ЭГП, оценка поражённости территории и подвержености населённых пунктов и хозяйственных объектов воздействию ЭГП, определение зон поражения, потенциально опасных участков и территорий 1.1. Дешифрование АКФС, анализ геоло-гических, геоморфологических, инженер-но-геологических карт и материалов. 1.2. Государственная комплексная гидро-геологическая и инженерно-геологическая съёмка масштаба 1: 200 000 1.3. Специальное инженерно-геологическое обследование территории масштаба 1:200 000 – 1:500 000 1.4. Районирование территории по интенсивности проявления ЭГП 1.5. Районирование территории по составу и режиму основных факторов ЭГП 1.6. Предварительная оценка активности и масштабов проявления ЭГП по имеющимся данным 1.7. Составление карт опасности ЭГП масштабов 1:200 000, 1:500 000, 1:1 000 000 Результаты Карта распространения и условий развития ЭГП масштаба 1:200 000 – 1:500 000 Карта пораженности территории ЭГП (интенсивности проявления ЭГП) масштаба 1:200 000 – 1:500 000 Карта подверженности населенных пунктов и хозяйственных объектов воздействию ЭГП масштаба 1:500 000 2. Пространственный прогноз ЭГП 2.1. Расчёт устойчивости склонов 2.2. Составление прогнозных карт районирования по геодинамическому потенциалу 3 Организация и ведение мониторинга ЭГП 3.1. Выбор наблюдательных участков и сетей 3.2. Разработка программ режимных наблюдений 3.3. Оборудование наблюдательных сетей 3.4. Наблюдения за активностью проявления ЭГП 3.5. Составление краткосрочных и оперативных Прогнозов 4. Составление прогнозов ЭГП 4.1. Выделение временных зон 4.2. Составление региональных долговременныхпрогнозов – 10-15 лет, масштаба 1:500 000 – 1:200 000 4.3. Составление региональных и локальных краткосрочных прогнозов – на год, на сезон. Масштаб 1:50 000 – 1:200 000 4.4. Проверка и оценка оправдываемости прогнозов Режимные наблюдения являются основой организации и ведения мониторинга ЭГП, используются для решения теоретических, методических и прикладных проблем инженерной геодинамики. Исходя из общих требований, предъявляемых к мониторинговым системам, целей и задач мониторинга ЭГП, состава и характера объектов наблюдений, информация, получаемая при режимных наблюдениях, должна всесторонне и исчерпывающе, с необходимой полнотой и достоверностью характеризовать:- активность проявления (развития) ЭГП на любом уровне и с любой точностью, все составные компоненты активности проявления процессов - их динамику, скорость развития, энергию (мощность), силу воздействия и т.д.; - режим ЭГП, как всей контролируемой территории в целом, так и любых ее отдельных участков, элементов, объектов, форм проявления процесса; режим ЭГП с любой заданной точностью, детальностью и частотой, в любом интервале времени, включая периоды массовой и катастрофической активизации ЭГП; естественное и обусловленное техногенным воздействием развитие ЭГП; активность проявления (режим) всех генетических разновидностей изучаемого процесса; - активность проявления ЭГП, связанную не только с развитием суще|ствующих, но и возникновением новых форм проявления ЭГП. Кроме того, получаемая информация должна: - представлять собой систему количественных, хорошо фиксируемых (измеряемых) и анализируемых показателей и параметров, реализующих свойство эмерджентности режима ЭГП; - обеспечивать составление любых по срокам, масштабам и содержапрогнозов ЭГП, оценок экологического состояния территорий, пораженных ЭГП, предупреждение и оповещение о внезапных и катастрофических проявлениях ЭГП; - обеспечивать обмен информацией и сопряжение с другими подсистемами мониторинга ГС, различными внешними информационными системами; - быть экономически целесообразной. Вопрос 54 Показатели активности проявления ЭГП при изучении режима ЭГП. Показатели первой группы - это картируемые и рассчитываемые линейные, площадные и объемные размеры форм проявления характеризуемого процесса, а также его составных элементов. Показатели ЭГП второй группы наиболее унифицированы. Распространение или интенсивность проявления всех процессов характеризуется через пораженность территории этими процессами с помощью коэффициента пораженности. В зависимости от генетических особенностей проявления процесса используются три разновидности коэффициента пораженности: площадной, линейный и частотный. Площадной коэффициент пораженности территории характеризуемым процессом представляет собой отношение суммарной площади всех форм к общей площади участка. Таким коэффициентом характеризуются оползни, обвалы, осыпи, заболачивание, наледи, карст и др. Линейный коэффициент пораженности характеризует линейные процессы - абразию, сели, русловую и овражную эрозию и др. Он представляет собой отношение суммарной длины участков развития процесса к общей длине берега (абразия, русловая эрозия), водотоков (сели). Частотный коэффициент представляет собой количество форм проявления процесса на единицу площади. Применяется реже, в ос ювном для процессов с одинаковыми размерами, формами проявления - карст, наледи и др. Показатели ЭГП третьей группы получаются в результате повторных, в том числе постоянных, режимных наблюдений за объектами ЭГП, а также на основании сравнительного дешифрирования личных графических материалов (аэрокосмофотоснимков, топооснов, карт и др.) разного времени. Эти показатели характеризуют развитие (активность проявления) процесса на различных уровнях, 5условленное как дальнейшим развитием (активизацией) существующих форм проявления изучаемого процесса - увеличением их размеров, площади, объема, так и возникновением новых. Во многих случаях - это скорость протекания процесса - абразия, эрозия, карст, суффозия, заболачивание и др. При этом различают региональные, жальные и детальные показатели. 55.Основные понятия , характеризующие проявление ЭГП-активность, интенсивность, пораженность территории ЭГП Активность ЭГП Величина изменений ГС второй группы, отнесенная к единице времени. Интенсивность Суммарная, накопленная величина изменений ГС. Активноть может изменяться в течении времени от 0 и выше Интенсивность инерционный процесс м.б. изменена в результате: аномальных катастрофных изменений ЭГП, техногенное воздействие, хозяйственное освоение территорий. В настоящее время в качестве количественного показателя оценки интенсивности проявления ЭГП используется пораженность территории процессом, которая оценивается площадным или линейным коэффициентом. Коэффициент пораженности является не только количественным показателем интенсивности проявления процесса, но и в интегральной форме характеризует взаимодействие всех факторов, степень их влияния на данный процесс. Площадной коэффициент пораженности представляет собой отношение площади, охваченной процессом, ко всей площади участка и подсчитывается для однородных по геоморфологическим и геологическим условиями территорий 56 Методы изучения режима ЭГП на участках первой категории-показатели, частота наблюдений. Показатели первой группы - это картируемые и рассчитываемые линейные, площадные и объемные размеры форм проявления характеризуемого процесса, а также его составных элементов. Для оползней - это их измеряемые длина, ширина и мощность, на основании которых определяются их площадь и объем, характеризующие их опасность, степень возможного воздействия и масштабы угрозы различным объектам. К другим показателям относятся количество и размеры оползневых блоков или ступеней в пределах конкретного оползня, количество и размеры оползневых трещин (их длина, ширина и глубина) на оползне или оползневом склоне. К локальным показателям оползней этой группы следует отнести параметры оползневого склона - измеряемые длина, высота, крутизна, а также рассчитываемый коэффициент устойчивости склона. К расчетным показателям, характеризующим потенциальную опасность оползней, также относятся: величина (расстояния) возможного максимального смещения, скорость смещения, объем смещающихся оползневых накоплений, площадь и положение зоны поражения, величина ударного воздействия. Обвалы - площадь, мощность и объем обвальных накоплений (коллювия), площадь и положение зоны поражения, объем потенциально опасных обвальных массивов. Сели - параметры селевого конуса выноса - длина, максимальная ширина, площадь, объем; площадь и положение зоны поражения; длина и уклон селевого водотока; объем селеформирующего материала в очагах зарождения селевого водотока, его гранулометрический состав; максимальный размер обломков на конусе выноса. Лавины — площадь, мощность, объем и дальность перемещения лавин. Подтопление, затопление - положение и площадь зоны распространения процессов. Просадки, набухание - положение и площадь зоны набухающих и просадочных грунтов, мощность просадочных и набухающих грунтов, коэффициенты набухания и относительной просадочности пород, размеры (диаметры) просадочных форм и форм, связанных с набуханием грунтов. Абразия - параметры абразионного уступа (клифа) - длина (протяженность), высота, ширина пляжа на картируемом (характеризуемом) участке. Карст - параметры карстовых форм - длина, ширина, глубина, площадь, объем, мощность перекрывающих пород, степень их заполнения. Суффозия - положение и площадь зоны суффозии, размеры поверхностных и подземных суффозионных форм. Оседание земной поверхности - положение и площадь зоны оседания, амплитуда оседания. Наледи — размеры, площадь и объем наледей. Русловая эрозия - параметры берегового уступа, формируемого русловым размывом - длина (протяженность), высота. Овражная эрозия - параметры оврага - длина, ширина, глубина, объем, количество отвержков, расстояние вершины оврага до ближайшего (местного) водораздела, превышение дна оврага над местным базисом эрозии. Выветривание - размеры линейной коры выветривания, мощность площадной коры выветривания; степень или коэффициент вы-ветрелости. Осыпи - площадь, мощность и объем осыпей (осыпных шлейфов и конусов), расстояние, на которое перемещается осыпной материал. Ледники размеры (длина, ширина и мощность), площадь, объем, градиент (уклон). 57 Методы изучения режима ЭГП на участках второй категории-показатели, частота наблюдений. Показатели ЭГП второй группы наиболее унифицированы. Распространение или интенсивность проявления всех процессов характеризуется через пораженность территории этими процессами с помощью коэффициента пораженности. В зависимости от генетических особенностей проявления процесса используются три разновидности коэффициента пораженности: площадной, линейный и частотный. Площадной коэффициент пораженности территории характеризуемым процессом представляет собой отношение суммарной площади всех форм к общей площади участка. Таким коэффициентом характеризуются оползни, обвалы, осыпи, заболачивание, наледи, карст и др. Линейный коэффициент пораженности характеризует линейные процессы - абразию, сели, русловую и овражную эрозию и др. Он представляет собой отношение суммарной длины участков развития процесса к общей длине берега (абразия, русловая эрозия), водотоков (сели). Частотный коэффициент представляет собой количество форм проявления процесса на единицу площади. Применяется реже, в ос ювном для процессов с одинаковыми размерами, формами проявления - карст, наледи и др. 58 Методы изучения режима ЭГП на участках третьей категории-показатели, частота наблюдений. Показатели ЭГП третьей группы получаются в результате повторных, в том числе постоянных, режимных наблюдений за объектами ЭГП, а также на основании сравнительного дешифрирования личных графических материалов (аэрокосмофотоснимков, топооснов, карт и др.) разного времени. Эти показатели характеризуют развитие (активность проявления) процесса на различных уровнях, 5условленное как дальнейшим развитием (активизацией) существующих форм проявления изучаемого процесса - увеличением их размеров, площади, объема, так и возникновением новых. Во многих случаях - это скорость протекания процесса - абразия, эрозия, карст, суффозия, заболачивание и др. При этом различают региональные, жальные и детальные показатели. 59. Понятия о гидрогнодеформационном поле (ГГД поле) и ГГД мониторинге. ГГД мониторинг создан для предсказывания землетрясений, и требуется: а) региональная, наблюдательная сеть ГГД мониторинга в сейсмоактивных регионах б) полигоны комплексных наблюдений за геофизическими, гидрогеодинамическими, газогидрогеохимическими и гидротермическими полями Функционирует в автоматизированном режиме электронный банк данных ГГД мониторинга, который содержит всю информацию многолетних наблюдений. Он обеспечивает быстрый поиск данных за любой период наблюдений и автоматизированное построение картографической основы для оценки геодинамической обстановки на различных этапах сейсмотектонической активизации, развития процессов подготовки землетрясений(по различным регионам и различным очагам землетрясений); Региональная, наблюдательная сеть ГГД мониторинга находится на завершающем этапе оснащения автоматизированными регистрирующими комплексами и средствами телеметрии, обеспечивающими передачу информации в цифровом виде в режимереального времени непосредственно пунктов наблюдений в центры ее обработки и анализа. ГГД мониторинг основан на явлении глобально распространенных быстропротекающих пульсационных изменений в гидрогеосфере, и её способностью реагировать на изменения напряженно-деформированного состояния литосферы. В качестве унифицированных показателей при ведении ГГД мониторинга применяются: Уровень подземных вод является легко регистрируемым инаиболее чувствительным индикатором геодинамических процессов. Наряду с регистрацией изменения уровня подземных вод, едется контроль за влиянием приливных и атмосферных возмущений. Электропроводность подземных вод является интегральной характеристикой их химического состава. Температура подземных вод является самостоятельным индикатором процессов в период сейсмической активизации. Колебания температуры вследствие изменения напряженного состояния пород находятся в пределах 50С. Датчик температуры устанавливается в интервале вскрытия водоносного горизонта. Атмосферное давление является фактором, влияющим на гидродинамический режим подземных вод, поэтому оно постоянно регистрируется Оценка информативности объектанаблюдений: Информативность выбранного под наблюдение водоносного горизонта для контроля за геодинамическими процессами оценивается по реакции уровня подземных вод на возмущения, вызываемые лунно-солнечными приливами. Объект наблюдения признается пригодным для ведения ГГД мониторинга, если в результате корреляционного анализа об изменении уровня подземных вод с графиком поправок на приливные изменения силы тяжести выявляется реакция уровня подземных вод на приливные возмущения. Для получения объективной картины изменениягидрогеологических показателей во времени, как показал опыт многолетнего ведения ГГД мониторинга, частота наблюдений должна быть не реже ежечасовых замеров, а при возможности - непрерывной. Основные требования системы ггд-мониторинга: 1.Система наблюдений за сейсмоподготовительными процессами должна иметь региональный характер; -охватывать сейсмические пояса и сопрягающиеся с ними зоны «устойчивых» областей. 2. Функционирование системы геодинамического мониторинга определяется: - систематическими наблюдениями за эволюциями геофизических процессов, протекающих в реальном времени в исследуемом районе; - выдачей текущей информации об уровне сейсмической опасности в регионе наблюдений; - выявлением сигналов-предвестников предстоящего землетрясения; - выдачей сигнала сейсмической опасности для соответствующихправительственных инстанций, ответственных за объявлениесейсмической тревоги и т.д. Наблюдательная скважина должна: вскрывать напорный водоносный горизонт с устойчивым естественным режимом, изолированным от воздействия техногенных и климатических факторов надежно обеспечивать гидравлическую связь с водоносным горизонтом и исключать перетоки из других водоносных горизонтов; и т.д. Наиболее объективным методом оценки геодинамической информативности гидрогеологических показателей является характер их изменения под влиянием лунно-солнечных возмущений. Автоматизированные средства измерений: средства телеметрии, мобильная или спутниковая связь, В штатной ситуации измерения проводятся ежечасно, съем информации, при оснащении измерительных комплексов средствами телеметрии, ежесуточно. Обработка данных наблюдений в повседневной деятельности, анализ результатов и оценка сейсмической опасности проводится ежедекадно. В случае повышенной опасности и в чрезвычайных ситуациях – ежедневно. 60. Понятия о механизме ЭГП и основных классификационных признаках процессов. Механизм геологического процесса - последовательность взаимодействия отдельных элементов геологической среды под влиянием определенной совокупности природных и техногенных факторов. Разницей в механизмах формирования обусловлено видовое и типовое разнообразие геологических процессов. Экзогенные геологические процессы – совокупность необратимых дискретных изменений состава, строения и состояния геологической среды (отдельных наименее устойчивых ее элементов), происходящих в результате естественных процессов энергомассо-обмена в зоне контакта лито-, атмои гидросферы, а также хозяйственной деятельности человека (Экогеология России, 2000). Наиболее полная общая генетическая классификация экзогенных геологических процессов и явлений была разработана в 1994 г. А.И.Шеко. Позже она была несколько переработана (1999). В ней указаны (за исключением последнего VII-го класса) только природные геологические процессы, однако всем им соответствуют и техногенные аналоги – инженерно-геологические процессы того же класса, типа или вида. ЭГП разделены на группы. Основной классификационный признак – природные факторы, которыми обусловлены процессы. Пр.: обусловленные климатическими и биологическими факторами, энергией рельефа, поверхностными или подземными водами. Группы делятся на классы, дальше типы, виды, в которых уточняется характеристика процесса. 61 Классификация факторов, определяющих развитие ЭГП Группа факторов Факторы определяют I. Постоянные Геологическое строение (тектоника, стратиграфия,Генетические особенности ЭГП литология); и интенсивность (пораженность) их геоморфологические условия (общий характер рельефа, морфология и морфометрия, генезис и проявления возраст) II. Медленно изменяющиеся Независимые (основные); Общую тенденцию развития ЭГП современные тектонические движения (горизонтальные, климатические вертикальные) Производные: геокриологические; огические; растительность, почвы ; /идрогео III. Быстро изменяющиеся Независимые (основные): метеорологические условия Режим производных факторов и режим активизации ЭГП (атмосферные осадки, температура и др.); гидрологические условия (расходы и уровни воды в реках, уровни воды и волнения в озерах и т.п.); сейсмические условия (землетрясения); хозяйственная деятельность (вырубка лесов, подрезка склонов, лесные пожары и др.) Производные: поверхностный сток (склоновый по временным и малым водотокам и др.); влажность иРежим активизации ЭГП льдистость горных пород; сезонное промерзание и оттаивание; прочностные и деформативные свойства горных пород 62. Количественные показатели интенсивности проявления оползней, селей, образии, эрозии. Показатели делятся на 3 группы: Показатели первой группы - это картируемые и рассчитываемые линейные, площадные и объемные размеры форм проявления характеризуемого процесса, а также его составных элементов. Для оползней - это их измеряемые длина, ширина и мощность, на основании которых определяются их площадь и объем, характеризующие их опасность. К другим показателям относятся количество и размеры оползневых блоков или ступеней в пределах конкретного оползня, количество и размеры оползневых трещин (их длина, ширина и глубина) на оползне или оползневом склоне. К локальным показателям оползней этой группы следует отнести параметры оползневого склона - измеряемые длина, высота, крутизна, а также рассчитываемый коэффициент устойчивости склона. К расчетным показателям, характеризующим потенциальную опасность оползней, также относятся: величина (расстояния) возможного максимального смещения, скорость смещения, объем смещающихся оползневых накоплений, площадь и положение зоны поражения, величина ударного воздействия. Сели - параметры селевого конуса выноса - длина, максимальная ширина, площадь, объем; площадь и положение зоны поражения; длина и уклон селевого водотока; объем селеформирующего материала в очагах зарождения селевого водотока, его гранулометрический состав; максимальный размер обломков на конусе выноса. Абразия - параметры абразионного уступа (клифа) - длина (протяженность), высота, ширина пляжа на картируемом (характеризуемом) участке. Русловая эрозия - параметры берегового уступа, формируемого русловым размывом - длина (протяженность), высота. Овражная эрозия - параметры оврага - длина, ширина, глубина, объем, количество отвержков, расстояние вершины оврага до ближайшего (местного) водораздела, превышение дна оврага над местным базисом эрозии. Показатели ЭГП второй группы наиболее унифицированы. Распространение или интенсивность проявления всех процессов характеризуется через пораженность территории этими процессами с помощью коэффициента пораженности. В зависимости от генетических особенностей проявления процесса используются три разновидности коэффициента пораженности: площадной, линейный и частотный. Площадной коэффициент пораженности территории характеризуемым процессом представляет собой отношение суммарной площади всех форм к общей площади участка. Таким коэффициентом характеризуются оползни, обвалы, осыпи, заболачивание, наледи, карст и др. Линейный коэффициент пораженности характеризует линейные процессы - абразию, сели, русловую и овражную эрозию и др. Он представляет собой отношение суммарной длины участков развития процесса к общей длине берега (абразия, русловая эрозия), водотоков (сели). Частотный коэффициент представляет собой количество форм проявления процесса на единицу площади. Применяется реже, в ос ювном для процессов с одинаковыми размерами, формами проявления - карст, наледи и др. Показатели ЭГП третьей группы получаются в результате повторных, в том числе постоянных, режимных наблюдений за объектами ЭГП, а также на основании сравнительного дешифрирования личных графических материалов (аэрокосмофотоснимков, топооснов, карт и др.) разного времени. Эти показатели характеризуют развитие (активность проявления) процесса на различных уровнях, обусловленное как дальнейшим развитием (активизацией) существующих форм проявления изучаемого процесса - увеличением их размеров, площади, объема, так и возникновением новых. Во многих случаях - это скорость протекания процесса - абразия, эрозия, карст, суффозия, заболачивание и др. При этом различают региональные, жальные и детальные показатели. Оползни - региональные показатели - количество образовавшихся оползней, количество активизировавшихся оползней, количество активных оползней (сумма образовавшихся и активизировавшихся), коэффициент оползневой активности (отношение числа активных оползней к общему их количеству на данной территории). Региональные показатели относятся к промежутку времени, равному или 1 или 2-3 годам (продолжительность периода активизации). Локальные показатели - площадь вновь образовавшихся оползней, площадь активизировавшихся оползней, площадь активных оползней, коэффициент оползневой активности (площадной). Показатели определяются для года или сезона (активизации) года. Детальные показатели - величина смещения оползня или отдельных его частей (блоков, ступеней), объем сместившихся масс за месяц, декаду или сутки; максимальная скорость смещения оползня, средняя скорость смещения оползня. Сели - региональные показатели - количество водотоков, по которым прошли сели за год или за сезон; коэффициент региональной селеактивности (годовой). Локальные показатели - количество селей, прошедших по водотоку или группе близких водотоков за месяц или за селеопасный сезон. Детальные показатели - количество селей, прошедших по водотоку, объемы селевых выносов, максимальные расходы селей, максимальные размеры влекомого обломочного материала - устанавливаются хронологически для каждого селевого потока. На основании наблюденных показателей рассчитываются: средняя частота прохождения селей по селевому водотоку, средние объемы селевых выносов по каждому водотоку. Абразия - региональные показатели - протяженность берега (клифа), подвергшегося абразии за год или за сезон, коэффициент активности абразии (отношение суммарной длины клифа, подвергшегося абразии, ко всей протяженности клифа), годовой или сезонный. Детальные показатели - скорость абразии (отступание клифа) за год, сезон, месяц, декаду, сутки, шторм; объем размыва (абразия на единицу длины клифа за год, сезон, месяц, декаду, сутки, шторм). Русловая эрозия - региональные показатели - количество водотоков, на которых наблюдается русловая эрозия (по средним и малым бассейнам) в течение года; суммарная протяженность участков берега, подвергшихся боковой эрозии за год или сезон. Коэффициент активности русловой эрозии (отношение суммарной длины берегов, подвергшихся эрозии, к общей длине левого и правого берегов), годовой или сезонный. Детальные показатели - скорость размыва (подмыва) берега за сезон, месяц, декаду, сутки. Овражная эрозия - региональные показатели - количество образовавшихся оврагов, количество активизировавшихся оврагов, коли-чество активных оврагов (сумма образовавшихся и активизировавшихся); коэффициент активности овражной эрозии (отношение ко-чества или суммарной длины активных оврагов к общему количеству или общей длине оврагов на данной территории). Региональные показатели определяются для года или сезона. Локальные (детальные) показатели - приращение длины оврага, ращение глубины оврага, приращение объема оврага за сезон, месяц, декаду, сутки. Скорости роста (размыва) оврага в длину, ширину, глубину за сезон, месяц, декаду, сутки, максимальная. 66.Определение временной зоны, регионального и локального режимов ЭГП. Во временном аспекте различаются следующие виды активности ЭГП: · многолетняя, · годовая, · сезонная, · месячная, · суточная · мгновенная (истинная) активность проявления ЭГП. В пространственном отношении при определении границ и площади наблюдаемых изменений геологической среды выделяются региональная, субрегиональная, локальная активности и активность отдельного элемента (части) формы проявления ЭГП. Соответственно, можно выделить различные виды режима ЭГП региональный, субрегиональный, локальный, внутригодовой, многолетний, а также их сочетания - региональный многолетний, локальный внутригодовой, локальный многолетний и т.д. Рассмотрим, согласно В.С.Круподерову (2001), подробнее структуру режима ЭГП, содержание отдельных его разновидностей. Элементарный режим характеризует активность проявления (динамику) отдельной части или какого-то элемента наблюдаемой формы проявления процесса в случае ее сложности и дифференцированного развития. Это могут быть отдельный блок или языковая часть оползня, отдельный очаг зарождения селевого водотока и др. По определению и специфике характеризуемого объекта элементарный режим может быть только внутригодовым. Локальный режим - это изменение активности проявления (развития) отдельной формы процесса - оползня, селевого водотока, оврага и т.д. Локальный режим характеризуется и во внутригодовом, и в многолетнем аспектах. Под субрегиональным режимом понимается изменение активности проявления процесса на территории с одинаковыми геологическими условиями его развития, т.е. речь идет о группе однородных по механизму и генетическим особенностям проявления форм процесса как уже имеющихся, так и тех, образование которых возможно. Региональный режим характеризует изменение активности проявления процесса на обширной территории, однородной в отношении многолетнего режима («временные зоны» по В.С.Круподеров. 64. показатели активности проявления ЭГП, характеризующие их режим.