Файл: Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшего образованияТульский государственный университет.pdf

6. Изучение геологической деятельности текучих вод
Под текучими водами понимают всю воду, стекающую по поверхности суши, начиная от мелких струек, возникающих во время дождей и таяния снега,
до самых крупных рек, подобных Волге, Амуру, Амазонке. Текучие воды являются самым мощным из всех экзогенных факторов, преобразующих поверхность материков. Разрушая горные породы и перенося продукты их разрушения в виде гальки, песка, глины и растворённых веществ, текучие воды способны в течение миллионов лет срезать даже самые высокие хребты и сравнять их с прилегающими равнинами. В то же время вынесенные ими в моря и океаны продукты разрушения горных пород служат главным материалом, из которого возникают мощные толщи осадков.
Все реки земного шара выносят за год в море в растворённом и механически взвешенном состоянии около 17,5 млн. тонн вещества, полученного за счёт разрушения суши. Это равносильно общему понижению её поверхности со средней скоростью около 0,09 мм в год или 9 см в тысячелетие. Всю разрушительную работу текучих вод в целом называют эрозией (от лат.
"разъедание").
Выделяются две формы её
проявления,
принципиально отличающиеся друг от друга по своим результатам. Первая из них - размыв
(линейный размыв). Это разрушительная работа русловых водных потоков, то есть временных или постоянных ручьёв и рек. Все они стремятся врезать своё
русло в поверхность Земли в виде более-менее глубокой рытвины, промоины,
оврага. Совсем иной формой проявления разрушительной работы воды является смыв (площадной смыв, абляция). Под смывом понимают работу воды,
стекающей по склонам во время дождей или таяния снегов. Этот временный склоновый сток выражается либо в виде сплошной тонкой пелены воды,
двигающейся по пологому скату, либо в виде густой сети мелких струек, каждая из которых является как бы миниатюрным ручейком.
Под влиянием площадного смыва происходит выполаживание и
сглаживание склонов, общее выравнивание поверхности суши, уменьшение её
35

вертикального расчленения. Иными словами, площадной смыв приводит к прямо противоположным результатам по сравнению с линейным размывом. Реки и ручьи, производящие линейную эрозию, и мелкие струйки склонового стока,
осуществляющие площадной смыв, создают совершенно различные по составу и строению отложения, играющие неодинаковую роль в общем комплексе континентальных осадков.
Если скорость воды ничтожно мала (0,1-0,7 см/сек), движение её в русле является ламинарным, струи воды параллельны длинной оси русла. Практически же даже равнинные реки и ручьи обладают гораздо большими скоростями течения (0,5-2,5 м/сек). Движение воды будет турбулентным или вихревым. При этом в толще воды возникают завихрения, которые и являются основной причиной размыва дна и стенок русла, переноса по течению размытых частиц.
Разрушительная сила потока прямо зависит от средней скорости течения и степени турбулентности.
Работа рек и ручьёв зависит и от их многоводности, т.е. массы воды,
протекающей через сечение русла в единицу времени (расход потока). Расход воды в реках меняется по сезонам года. Различают паводок ,когда расход потока возрастает против средней величины, и межень, когда расход минимален. В
межень русло не целиком затоплено водой. Во время паводка уровень воды поднимается, и русло заполняется в большей его части или целиком. Особенно сильный паводок,
сопровождающийся разливом,
называется половодьем. Характер изменения расхода воды в течение года, особенности паводков,
степень обмеления реки и
т.д.
- всё
это носит название гидрологического режима. Он различен для разных рек и определяется климатом,
количеством осадков и
другими факторами.
Активную разрушительную и созидательную работу реки производят главным образом во время паводков.
Любой водный поток, движущийся по земной поверхности, производит работу, заключающуюся в разрушении горных пород, переносе и переотложении продуктов их разрушения.
36

Живая сила движущейся воды в нижней части склона гораздо больше, чем в верхней. Поэтому в нижней части склона вода начинает рыть себе русло,
имеющее форму рытвины с крутыми бортами. Эта рытвина со временем распространяется вверх по склону, пока не достигнет его вершины (попятная эрозия). В результате может возникнуть целая сеть разветвлённых оврагов,
промоин или речных долин.
Точка у подножия склона, от которой начинается размывание оврага
(долины)
и ниже которой не распространяется углубление рытвины,

называется базисом эрозии данного оврага (долины). Рост долины идёт против течения потока от устья (базиса эрозии) к верховью, т.е. регрессивно, попятно. По мере роста продольный профиль днища долины по направлению к устью постепенно выполаживается, оставаясь крутым к вершине. Происходит это потому, что энергия потока и производимая им работа определяются массой воды и скоростью течения, т.е. уклоном русла. Как только в нижнем участке долины
(откуда началось её развитие) уклон русла станет достаточно пологим,
углубление долины прекращается, и энергия потока будет направлена на расширение долины и на вынос рыхлого материала, поступающего с вершины и со склонов. Здесь образуется конус выноса.
37

7. Изучение физических и водно-физических свойств горных пород
Основными водными свойствами горных пород, используемые при оценки строительных свойств горных пород, являются:
- влажность
- влагоемкость
- водоотдача
- водопроницаемость
Влажность:
В природных условиях горные породы в той или иной степени содержат воду.
Грунты по влажности бывают: маловлажные, влажные и насыщенные водой.
Различают также относительную влажность – отношение объема воды в образце к объему пор в нем и отражает долю заполнения пор водой.
Влажность, соответствующая полному заполнению всех пор породы водой,
называется влагоемкостью.
Влагоемкость:
Влагоемкость – способность горных пород принимать, вмещать и удерживать определённое количество воды. По видам воды в горных породах влагоемкость бывает: гигроскопическая, молекулярная, капиллярная, полная.
По степени влагоемкости различают породы:
- весьма влагоемкие (торф, глины, суглинки);
- слабо влагоемкие (мел, рыхлые песчаники ):
- невлагоемкие (скальные породы , пески , галечники).
Водоотдача – способность водонасыщенной породы отдавать часть воды путем свободного стекания под действием силы тяжести, либо в результате воздействия (откачки и т.п.). Оценивается процентным отношением объема свободно вытекающей из горной породы воды к ее объему.
Водоотдача возрастает с увеличением крупности частиц породы открытой
38

пористости, трещиноватости и с уменьшением смачиваемости.
Это основная характеристика,
используемая при выборе способа водозащиты горных выработок, расчета сети дренажных скважин, интенсивности снижения уровня воды при водопонижения и др.
Породы с хорошей водоотдачей: гравий, песок.
Породы с низкой водоотдачей: глины, суглинки.
Водонепроницаемость – способность горных пород пропускать через себя свободную воду при наличии напорного градиента. Количественно определяется коэффициентом фильтрации (КФ), т.е. объемом воды, проходящей через единицу поверхности в единицу времени при напорном градиенте равном единице или скоростью перемещения воды в породах.
Величина коэффициента фильтрации зависит от размера и структуры порового пространства, свойств фильтрующейся жидкости и направления движения.
По степени проницаемости все породы условно подразделяются на три группы:
Непроницаемые (водоупорные) горные породы – практически не пропускают воду; КФ < 0,001м/сути. К ним относятся глины, аргиллиты, плотные кварциты, граниты и пр.
Слабонепроницаемые горные породы – лесс, суглинки с КФ =1-0,001 м/сут.
Хорошо проницаемые – пески, песчаники, гравелиты, трещиноватые известняки, мел, мергели и др. с КФ>1 м/сут.
39

8. Изучение и описание геологических и инженерно-геологических явлений
Природные геологические процессы являются результатом геологической работы воды, льда, ветра, гравитации. Все геологические процессы, которые оказывают влияние на инженерные сооружения (на выбор конструкции и тип фундамента, на выбор способа производства работ) и, соответственно, влияние инженерных сооружений на существующую геологическую обстановку изучает наука геодинамика.
К опасным геологическим явлениям и процессам относятся землетрясения,
активный вулканизм, наводнения, цунами, смерчи, карст, оползни, обвалы,
многолетняя мерзлота, сейсмичность, сели, геохимические аномалии. В
инженерно-геологической практике в первую очередь следует учитывать карст,
оползни, обвалы, сели, изменения многолетней мерзлоты, промерзание,
повышенную сейсмичность. Необходимо не только выявить и полно описать эти природные явления, но обязательно проанализировать их взаимовлияние при строительстве и во время эксплуатации дорог, зданий и сооружений.
Карст — это совокупность геологических процессов и созданных ими явлений в земной коре и на ее поверхности, вызванных растворением горных пород. Он обуславливает образование пустот, разрушение, изменение структуры и состояния пород, возникновение особого вида движения подземных вод,
типичных депрессионных форм рельефа (воронки, провалы, поноры) и режиму рек (сухие части русел, сифоны и пр.). Карст наиболее неприемлем при возведении плотин, создании водохранилищ, каналов и туннелей. Защита от опасных последствий карста достигается созданием противофильтрационных завес, экранированием, искусственными кольматажами или приспособлением конструкции сооружений к природным условиям. Карстованию наиболее подвержены распространенные карбонатные породы и залежи каменных солей
(соляной карст).
Несущая способность закарстованных пород в массиве определяется общими для скальных грунтов параметрами и наличием кавернозных пустот,
40

включая прослои и трещины, содержащие рыхлый заполнитель. Расчетные показатели сжимаемости, сопротивления сдвигу и допустимой нагрузки определяются по степени заполнения трещин и полостей, составом, состоянием и текстурой заполнителя.
Получение количественных характеристик сжимаемости и сопротивления сдвигу заполнителя пустот и трещин очень сложно вследствие неоднородности его состава и мощности. Лабораторные методы исследований дают искаженные модели. Поэтому применяют методы опытных нагрузок на штампы, в расчетные показатели вносятся необходимые поправки.
Водопроницаемость закарстованных пород зависит от гидравлической связи между кавернами и трещинами, выделяют пористо - ячеистую и трещинную водопроницаемость. На степень и характер развития карста оказывает влияние интенсивность движения воды по трещинам. Распространенные в бортах долин трещины бортового отпора часто оказываются наиболее закарстованными.
Оползни и обвалы связаныс гравитационной устойчивостью склонов.
Особенно это следует учитывать при строительстве дорог и сооружений в расчлененном рельефе в долинах рек, котловинах озер и прибрежных зонах. При строительстве гидротехнических сооружений плотин,
туннелей,
мостов,
путепроводов существующие оползни и обвалы нередко активизируются или возникают новые деформации склонов.
В естественных условиях формирование склонов происходит под воздействием ряда геологических процессов, из которых наибольшую роль играют смещение пород под влиянием силы тяжести. Для платформенных районов наиболее характерны оползни, развивающиеся преимущественно в глинистых породах или породах, содержащих глинистые прослои. Для горно- складчатых районов,
сложенных в
основном скальными породами,
гравитационные деформации более разнообразны и представлены обвалами,
оползнями, оползнями-обвалами, осыпями, каменными лавинами, селями.
Оползнем называется смещение горных пород,
слагающих склон,
представляющее собой скользящее движение вследствие механического
41

разрушения ими течения пород склона или его основания. Оползни распространены практически повсеместно по берегам рек и оврагов, поэтому при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений с ними почти всегда приходится считаться.
Многолетняя мерзлота широко распространена на восточных и северных районах России, занимая около 70% территории. Закономерностям ее строения,
распространения, истории формирования и условиям освоения посвящена наука мерзлотоведение. Переход мерзлых пород в талое состояние при строительстве и эксплуатации транспортных магистралей, жилых массивов и сооружений может существенно снизить несущие свойства грунтов или увеличить их водопроницаемость, а также вызвать ряд неблагоприятных физико- геологических процессов.
Многолетнемерзлыми
(вечномерзлыми)
называются любые породы,
имеющие отрицательные или нулевую температуру и содержащие в своем составе лед, если они находятся в мерзлом состоянии более 3 лет.
Инженерно-геологические условия возведения и эксплуатации сооружений определяют свойства пород в период перехода из мерзлого состояния в талое и в протаявшем состоянии.
Изменение термического режима и влажности пород резко изменяет их физико-механические и фильтрационные свойства и приводит к возникновению и развитию неблагоприятных физико-геологических явлений:
термокарста,
морозного пучения, солифлюкции (оплыванию склонов, включая весьма пологие), образования наледей, заболачивания и др. Термокарстом называют процессы возникновения в толще многолетнемерзлых пород полостей, просадок и образования отрицательных форм рельефа (западин, воронок, котловин, ложбин),
происходящих в результате вытаивания ледяных включений и залежей.
Повышенная сейсмичность имеет природную тектоническую основу.
Однако масштабные техногенные явления (откачка подземных вод, нефти, газа,
деятельность крупных карьеров и шахт, эксплуатация водохранилищ) могут повысить сейсмоопасность территорий.
42

Заключение
В
данной работе изложены основные положения по геологии,
гидрогеологии и почвоведению.
Изыскательная практика проходила в
ФГУП
«Комбинат«Электрохимприбор».
Изыскательные работы проводились в Свердловской области, г.Лесной.
Рассмотрены основы кристаллографии, минералогии и петрографии с описанием породообразующих и рудных минералов и распространенных горных пород.
Охарактеризованы эндогенные и экзогенные геологические процессы, и явления. Сделан акцент на опасные в экологическом смысле явления.
Описаны основные положения по гидрогеологии,
гидродинамике,
гидрогеохимии и инженерной геологии.
43