СУФФОЗИОННЫЕ И КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ Суффозионные процессы При

СУФФОЗИОННЫЕ И КАРСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Суффозионные процессы. При фильрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. Суффозия это процесс выноса частиц (а не его последствия). Различают два вида суффозии — механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пыле ватые, песчаные); при химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения. При одновременном действии этих двух видов суффозии иногда применяют термин — химико-механическая суффозия. Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды. Гидродинамическое давление D, г/см 3: D = До nl, где До = 1 — плотность воды; п — пористость; / — гидравлический уклон (градиент).

Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли. В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. Суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты.

Суффозионная полость (1) в лессовых породах, залегающих на склоне рельефа, сложенном известняками ракушечниками (2) и глиной (3): 4 — здания В лессовых породах суффозия развивается не только на контактах, но и в самих толщах, образуя так называемый глиняный, или лессовый, карст. Развитие пустот начинается с ходов землероев и при условии возникновения в них турбулентных завихрений фильтрующей воды. Порода разрушается и образуются пустоты размыва. Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется также вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий — формировании воронок депрессии, колебаниях уровня подземных и по верхностных вод, откачках, дренировании. Суффозионные процессы часто возникают на склонах речных долин и откосах котлованов и берегах водохранилищ при быстром спаде паводковых вод или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. При малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды, при повышении давления начинается суффозия. Для выявления этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии. Эту работу проводят в лабораторных и полевых условиях.

При проектировании объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки, определить величину и характер протекания суффозной осадки. При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать: • в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40 % осадка практически не проявляется; • наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов; • величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды. Пособие к СНи. П 2. 01 83. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений

Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний засоленных грунтов статической нагрузкой (штампом) после длительного замачивания.

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по специальным требованиям строительных норм и правил. При возведении объектов используются различные приемы строительства: • прорезка фундаментами зданий слоя суффозионного фунта; • водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод; • прекращение фильтрации подземной воды устройством дренажей и водонепроницаемых завес; • отсыпка на основании фунтовых подушек из песка или суглинков; • предпостроечное рассоление и уплотнение фунтового основания; • искусственное закрепление массива фунтов методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных фунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью). Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида фунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

Основой всех мероприятий для борьбы с суффозией является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: 1. регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; 2. перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или прифузкой песком; 3. устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; 4. упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением специально выбранных видов фундаментов, например свайных.

Карстовые процессы. Это процессы выщелачивания водорастворимых горных пород (известняков, доломитов, гипсов) подземными и атмосферными видами и образования в них различных пустот. Для карстового процесса (в отличие от обычной суффозии) главным является растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде.

В России карст имеет широкое распространение в районах западного Приуралья (закрытый гипсовый и известняковый карст), на Русской равнине (закрытый известняковый карст), в Приангарье (известняковый карст) и во многих других местах Сибири, Кавказа и Дальнего Востока. Возникновение и развитие карста обусловлено: 1. способностью пород к полному растворению; 2. наличием проточной воды и степенью ее минерализации; 3. геологическим строением участка; 4. рельефом местности; 5. трещиноватостью пород; 6. характером растительности; 7. климатом. Одним из главных факторов карстообразования является действие воды — атмосферной, речной, подземной, если она не обладает повышенной минерализацией. Наиболее сильно растворяет породы слабо минерализованная вода, а также водные растворы, содержащие свободную углекислоту. В этом случае растворяющее действие воды увеличивается во много раз. Растворению способствует повышенная температура и движение воды. Температура, °С 25 50100 Растворимость, мг/л 14, 3315, 04 17, 79

Одним их самых важных условий развития карста является степень водопроницаемости пород. Чем более водопроницаема порода, тем интенсивнее развивается процесс растворения.

Наилучшие условия в этом отношении создаются в трещиноватых породах, особенно при наличии трещин шириной не менее 1 мм, так как это обеспечивает свободную циркуляцию воды. Вода постепенно разрабатывает трещины в каналы и пещеры происходит процесс коррозии, который продолжается до водоупора или уровня подземных вод. У коррозионного процесса имеется нижний предел развития базис коррозии, (чаще всего бывает уровень ближайшей реки, озера или моря, а также поверхность водоупорных пород). Ниже уровня подземных вод, поток их движется медленно, карстообразование не происходит. В этой части массива наблюдается цементация трещин за счет выпадения из водного раствора кальцита и (или) других веществ. В связи с этим в карстующемся массиве следует различать зону карстообразования и зону цементации.

Интенсивность карстообразования определяется мощностью слоя карстующихся пород. При малой мощности исключается возможность возникновения больших пустот. Очень большое влияние на развитие карста оказывает климат (количество и характер распределения осадков по сезонам года, температурный режим верхних слоев земной коры) Формы карста. В процессе выщелачивания в карстующихся породах образуются различные по своему положению и форме пустоты, или карстовые формы. По отношению к земной поверхности различают два типа карста: открытый и скрытый. При открытом типе карстующиеся породы лежат непосредственно на поверхности земли, а при скрытом они перекрываются слоями нерастворимых водопрони цаемых пород и лежат на некоторой глубине. Из многочисленных форм карста наиболее часто встречаются: на поверхности земли — карры, воронки, полья и в глубине карстующихся толщ — каверны и пещеры.

Карры — мелкие желоба, борозды и канавы на склонах рельефа местности из карстующихся пород в виде известняков. Глубина карров колеблется от нескольких сантиметров до 1— 2 м. Воронки —углубления различных форм и размеров (рис. 162). Диаметр их колеблется от 3— 4 до 40— 50 м, глубина от 1— 2 до десятков метров. По происхождению воронки разделяют на поверхностные и провальные. Поверхностные воронки образуются в результате выщелачивания и размыва пород атмосферными и талыми водами в области открытого карста. Форма этих воронок обычно блюдцеобразная. Провальные воронки возникают при обрушении кровли над подземными пустотами (пещерами и т. д. ), образовавшимися также в процессе карстообразования. Значительные по размерам провальные воронки иногда именуют пропастями. Вытянутые серии воронок иногда преобразуются в карстово-эрозионный овраг. Полья возникают в результате постепенного объединения во ронок или опускания больших участков земной поверхности в результате карстового выщелачивания пород на глубине толщ. По длине полья простираются на сотни метров и даже километров, глубина достигает нескольких метров. Каверны образуются в результате растворения пород по мно гочисленным трещинам. Карстующиеся породы становятся похо жими на пчелиные соты. Пещеры — подземные пустоты, формирование которых связа но с растворением пород и сопровождается эрозией и обрушени ем. Колебание базиса коррозии нередко приводит к появлению пещер, располагающихся в несколько этажей.

Карстовые районы по степени устойчивости можно разделить на пять категорий: 1. весьма неустойчивые, образуются по 5— 10 воронок в год на 1 км 2; 2. неустойчивые — 1— 5 воронок в год на 1 км 2; 3. средней устойчивости — 1 воронка на 1 км 2 за время от одного года до 20 лет; 4. устойчивые — 1 воронка на 1 км 2 за 20— 50 лет; 5. весьма устойчивые, на которых отсутствуют или имеются лишь старые воронки; свежих провалов не зарегистрировано за последние 50 лет. Скорость развития карстового процесса можно определить с помощью показателя активности карстового процесса A = {V/V, ) 100%, где Л — показатель активности карстового процесса; V — объем растворенной в течение 1000 лет породы; Vy — объем карстующихся пород.

При строительстве в карстовых районах необходимо осуществлять ряд мер, направленных на прекращение развития карстовых форм, повышения устойчивости и прочности пород: 1. предохранять растворимые породы от воздействия поверхностных и подземных вод, что достигается планировкой территории, 2. устройством системы ливнеотводов, покрытием поверхности слоем жирной глины, выполняющей роль гидроизоляции. Фильтрация подземных вод пресекается сооружением дренажных систем; 3. упрочнять карстующиеся породы и одновременно предотвращать доступ в них воды, что может быть достигнуто нагнетанием в трещины и мелкие пустоты жидкого стекла, цементного или глинистого раствора, горячего битума.