Просадочные процессы и их проявления

Просадка грунта – уменьшение их объема, но в отличие от усадки это свойство наблюдается главным образом у лёссовых пород и связано не с уменьшением их влажности, а, наоборот, с замачиванием лёссовых пород водой.

Просадка лёссовых пород возникает при трех условиях:

1) лёссовые породы до момента просадки должны обладать высокой пористостью и малой влажностью;

2) просадочные лёссовые породы должны иметь малую гидрофильность;

3) у просадочных лёссовых пород должны быть на контактах между частицами слабые структурные связи, которые могут носить ионно-электростатический характер или являться химическими ионными связями.

Степень просадочности лёссовых грунтов оценивается по величине относительной просадочности, определяемой при компрессионных испытаниях по формуле:

где h₀ — высота образца до испытания, h_p — высота образца грунта при давлении Р, равном давлению от действия внешней нагрузки, h_р^¢ — высота образца того же грунта при давлении Р после замачивания водой.

Просадочные явления возникают, например, при сооружении водохранилищ, в случае, если водохранилище создано в лёссах.

42. Инженерная геология и охрана окружающей среды (в лекциях у меня не было!)

На первых этапах формирования инженерная геология в основном развивалась в связи с запросами строительства. Перед инженерами-геологами ставили задачи геологического обоснования тех или иных строительных проектов зданий, дорог, плотин, ГЭС, карьеров и других хозяйственных объектов. При этом главным было обеспечить устойчивость того или иного сооружения, пусть даже за счет потерь в экосистемах. К концу 70-х годов в инженерной геологии уже разрабатывалось обоснование, которое сводило бы к минимуму или исключало совсем негативные последствия инженерной деятельности человека в литосфере. Ту часть литосферы, которая находится (или будет находиться потенциально в будущем) под воздействием инженерно-хозяйственной (техногенной) деятельности человека, стали называть геологической средой, а перед инженерной геологией была поставлена новая проблема - разработка вопросов рационального использования и охрана геологической среды. С этого периода в инженерной геологии стали активно разрабатываться практические и теоретические вопросы, связанные с экологией верхних горизонтов литосферы. При инженерно-геологическом подходе акцентируется внимание на защите инженерных сооружений от неблагоприятного воздействия природных, преимущественно геологических, процессов. С этой точки зрения охрана окружающей природной среды рассматривается как мера обеспечения технической безопасности производственных объектов. На основе изучения причинно-следственных связей решается задача минимизировать отклик от воздействия инженерных сооружений на природные комплексы.

Выделяют 3 основных вида инженерно-хозяйственной деятельности человека, при которых всегда проводят исследования и/г условий:

- с/х;

- строительство (все виды – промышленное, гражданское, гидротехническое и др.);

- добыча полезных ископаемых.

Инженерная геодинамика изучает все современные и древние геологические процессы и и/г явления, которые влияют на возведение и эксплуатацию сооружений, на условия разработки месторождений ПИ, а так же решает вопросы прогноза изменений этих (геодинамических) условий под воздействием инженерных работ и сооружений.

При разработке проектов крупных инженерных сооружений возникают более конкретные задачи, которые по своей сложности не уступают первой:

- необходимо дать прогноз неблагоприятного воздействия на проектируемый объект геологических процессов, развитых в районе;

- прогноз должен быть дан во времени и в пространстве;

- прогноз должен предусматривать возможную интенсивность существующих и вновь возникших геологических процессов.

Особого внимания заслуживают геологические процессы катастрофического характера, возникающие неожиданно, быстро развивающиеся и вызывающие значительные разрушения (землетрясения, оползни и обвалы, сели и др.). Однако было бы ошибкой считать, что геологические процессы, медленно развивающиеся во времени, не имеют практического значения, что ими можно пренебречь (тектонические движения земной коры, выветривание). Поэтому, при инженерно-геологических изысканиях необходимо изучать все геологические процессы, происходящие на исследуемой территории, независимо от того, катастрофический или некатастрофический характер развития они имеют.

43. Геокриология – ее предмет, задачи и методы. Общая характеристика криолитозоны

Геокриология (krios с греческого лёд, холод) – это наука, изучающая ММП, их состав, строение, свойства, а также мерзлотно-геологические процессы и явления. Геокриология возникла из практических требований в результате освоения огромных территорий, занятых «вечной мерзлотой».

25 % всей суши Земли занимают ММП и > 50 % территории РФ. Толщи ММП составляют мёрзлую зону литосферы – криосферу. Это термодинамическая оболочка, в которой одновременно при отрицательных температурах могут существовать лёд, вода и пар.

Объект исследования геокриологии – ММП, а также снег и лёд.

Мёрзлые ГП – естественно исторические геологические образования, которые характеризуются строго определёнными, только им присущими законами возникновения, существования, развития и распространения на планете.

Криолитозона - это зона или область развития мерзлых пород, имеющих нулевую или отрицательную температуру в течение ряда лет В строении многолетнемерзлых толщ отчетливо выражена широтная зональность. На Крайнем Севере расположена зона сплошного распространения мерзлых пород, южнее она сменяется зоной прерывистого, а еще дальше к югу - зоной островного распространения мерзлых толщ. Это особенно отчетливо видно на примере платформенных областей, например, Западно-Сибирской низменности. Мощность мерзлых толщ в зоне их сплошного распространения превышает 100 м и закономерно увеличивается с повышением высот в горах и продвижением к северу до 600-800 м. Температура мерзлых пород в этой зоне изменяется от -1 до -10° и ниже. К югу от границы сплошного распространения мощность мерзлых толщ уменьшается и повышается их температура. В зоне их островного распространения мощность мерзлых пород вблизи южной границы криолитозоны, как правило, не превышает 10-15 м, а температура находится в пределе -1-0°. Временное сопротивление сжатию мерзлых пород уменьшается с повышением температуры. Поэтому мерзлые породы с близкой к нулю температурой являются более сложными природными образованиями, чем породы с низкими температурами. Важной характеристикой многолетнемерзлых толщ является их льдистость. Лед в зависимости от своего образования может содержаться в породах в разнообразной форме и в различном количестве и оказывать на их свойства неодинаковое воздействие.

Лед-цемент образуется за счет замерзания воды во влажных, но не в водонасыщенных дисперсных горных породах, заполняет поры в породах, не нарушая их структуры и текстуры. Лед-цемент придает породам прочность и водонепроницаемость; переход такого льда в жидкую фазу не вызывает избыточного увлажнения горных пород.

Сегрегационный лед образуется при подтягивании воды к месту его образования. При образовании сегрегационного льда происходит изменение первоначальной структуры и текстуры породы. Распределение сегрегационного льда может происходить в соответствии со слоистостью породы, а мощность ледяных прослоев изменяется от нескольких миллиметров до десятков сантиметров и даже нескольких метров. При переходе сегрегационного льда в жидкую фазу происходит переувлажнение породы, в связи с чем она резко снижает свою прочность и несущую способность.

Встречаются и другие разновидности льда (инъекционный, жильный и др.), при образовании которых также нарушаются структура и текстура породы. Льдистость ММП, нарушающая их структуру и текстуру, обусловливает ряд характерных для них процессов.

44. Подземные воды ммп или криолитозоны

ММП – ГП, имеющие отрицательную или нулевую температуру, содержащие воду в кристаллическом состоянии (в виде льда) и сохраняющиеся в таком состоянии в течение многих лет, веков, тысячелетий.

ГП, промерзавшие в сухом состоянии и не содержащие в связи с этим льда, называются морозными.

На территории РФ общая площадь распространения ММП составляет около 10 млн. км², то есть более 60 % территории.

В целом на территории земного шара ММП распространены на площади более 35 млн. км², около 25 % суши.

Разрез толщи ММП может быть практически сплошным или слоистым, содержащим талые (более 0 ⁰С) слои или слои охлаждённых пород с криогалинными водами. В ряде районов (север Печорского бассейна, Западная Сибирь) установлено двухслойное строение толщи ММП, когда под слоем современной мерзлоты с «разрывом» на глубинах от 80 до 200-250 м распространена реликтовая толща ММП, мощность которых может достигать 200-300 м и более.

Основными особенностями гидрогеологических условий этой территории в отличие от районов с отсутствием ММП являются следующие:

1. в пределах области распространения ММП значительный объём свободных гравитационных подземных вод постоянно находится в твёрдом состоянии и тем самым (временно с точки зрения геологической истории этих районов) исключается из общего круговорота воды в л/сф;

2. мёрзлые ГП с температурами ниже 0 ⁰С являются непроницаемыми для свободных гравитационных подземных вод (за исключением криогалинных) и могут рассматриваться в качестве криогенных водоупоров. Положение подземных вод относительно толщи (водоупорных) ММП определяет различные условия их формирования, что служит основой для классификации подземных вод криолитозоны.

3. Распространение практически с поверхности земли до глубин 200-300 м, а в ряде случаев до 1 000 м и более непроницаемых мёрзлых пород с температурами ниже 0 ⁰С приводит к резким изменениям гидродинамических, гидрохимических и гидротермических условий формирования всех типов подземных вод, определяя глубокое «криогенное» преобразование гидрогеологических структур. В связи с этим артезианские бассейны, гидрогеологические массивы и другие типы гидрогеологических районов в пределах зоны сплошного распространения ММП значительной мощности должны рассматриваться в качестве специфических криогидрогеологических структур (криоартезианские бассейны, криогидрогеологические массивы).