94308

Инженерно-геологические процессы и защита от них

Доклад

Экология и защита окружающей среды

Защитные сооружения дамбы вдоль берега Карстовые процессы ограничение поступления воды в карбонатные породы. Свайный фундамент Лёссовые породы – пылевато-глинистые породы. Выветривание физическое и химическое Выветривание это процесс изменения горных пород под действием агентов: атмосферы солнечной радиации воды а также растительных и живых организмов.

Русский

2015-09-11

83.62 KB

0 чел.

Инженерно-геологические процессы и защита от них.

Склоновые процессы: обвалы, оползни

Ограничение строительства, ограничение взрывных работ, создание защитных стен на дорогах в горной местности, выполаживнаие склонов (в котлованах, на горных склонах, делают ступенечками). Предотвращение увлажнения (отвод грунтовых вод, дренажные канавы, скважины).

Землетрясения – прогноз, оповещение, эвакуация и ликвидация последствий.

Наводнения – прогноз, эвакуация, ликвидация последствий. Защитные сооружения – дамбы вдоль берега

Карстовые процессы – ограничение поступления воды в карбонатные породы.

ММП. Замена грунта. Свайный фундамент

Лёссовые породы – пылевато-глинистые породы. При увлажнении резко уменьшают объём. Предотвращение увлажнения. Или Их предварительно увлажняют, а потом просадку заполнят другим грунтом.

Опускание поверхности из-за откачки воды, нефти (снижение давления). Просадки. Под Москвой, Токио. Уменьшение, ограничение водозабора.

Выветривание (физическое и химическое)

Выветривание - это процесс изменения горных пород под действием агентов: атмосферы, солнечной радиации, воды, а также растительных и живых организмов.

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Процессы физического выветривания:

а) высушивание. При обнажении влажных аргиллитов, алевролитов, мергелей, глин и других глинистых пород подсыхающая на их поверхности корочка сильно уменьшается в объеме, растрескивается, шелушится и распадается на мелкие частицы;

б) размокание. Водопроницаемые песчано-глинистые и пылеватые породы при замачивании способны существенно снижать свою связность. При обнажении неводостойких пород, например при откопке в них котлована, они способны разуплотняться, терять связность в поверхностных слоях в течение одного дождливого сезона;

в) растрескивание. При нагревании-охлаждении происходит растрескивание пород за счет внутренних напряжений, возникающих при изменении температурных полей и неравномерном расширении- сжатии. В полиминеральных кристаллических породах внутренние напряжения возникают при равномерном нагревании-охлаждении за счет различного коэффициента линейного расширения зерен различных минералов;

г) морозное выветривание. Происходит оно при замерзании в трещинах воды, сопровождающемся увеличением в объеме на 11%. Разнимающиеся при этом силы активно разрушают породу. В районах с суровыми зимами это наиболее активный фактор выветривания.

Процессы химического выветривания:

а) растворение. Подземными и поверхностными водами легко растворяются соли натрия и калия, довольно

сильно растворим гипс, заметно растворим кальцит. При выносе растворимых компонентов структура и связность грунтов изменяется, возможно возникновение полостей (карстовые явления);

б) гидратация. Некоторые минералы способны поглощать воду и включать ее в состав собственных кристаллических решеток. Наиболее часто встречаемый из таких минералов ангидрид, поглощая воду переходит в гипс. При этом объем увеличивается до 60 %, что оказывает давление на окружающие породы и может быть причиной повреждения сооружений.

в) окисление. Это наиболее характерный процесс химического выветривания. Значительную роль в окислительных процессах играет углекислота. Кислород и углекислота, растворенные в грунтовых водах, могут достигать значительных глубин;

Биологическое выветривание. Это есть по существу комбинация физических и химических процессов. Корни растений расширяют трещины; отмирая, корни оставляют пустоты в грунтах. Кроты и черви роют ходы, изменяющие структуру грунтов. Наконец, разлагающиеся организмы выделяют массу химически активных веществ: углекислоту, гумусовые кислоты. Проникая в глубь пород по тектоническим трещинам с атмосферными водами, они вызывают во влажных тропических районах проникновение процессов выветривания на глубину до 300 м.

Устойчивыми конечными продуктами выветривания являются глины, боксит (окись алюминия), лимонит (гидроокись железа).

При выветривании гранита, наиболее распространенной магматической породы, характерна последовательность переходов: монолит -» глыбы -->дресва —> песок. Более устойчивые кварцевые частицы при этом сохраняются в виде песка, а слюда и полевой шпат переходят в глину.

Слой выветрелых пород, лежащих на месте своего образования, называется элювий. Устойчивыми против выветривания (в строительных масштабах времени) являются глубинные магматические породы, известняки, песчаники на кремнистом и карбонатном цементе; неустойчивы глинистые породы, сланцеватые метаморфические породы, полевошпатовые излившиеся породы.

В качестве мер борьбы с выветриванием применяются отвод поверхностных вод, покрытие пород непроницаемыми для агентов выветривания покрытиями (глина, набрызг-бетон).

Геологическая работа ветра (выдувание и коррозия)

Первое проявление геологической работы ветра – выдувание малосвязных пород. Ветер умеренной силы 8-12 м/с поднимает вверх массу пылеватых частиц, ветер 15-18 м/с несет песок, ветер 20 м/с может сорвать крышу. Ветер 50—60 м/с — а такой силы в районе Новороссийска нередко достигает знаменитый норд-ост уже способен нести гравий, вырывать с корнем деревья.

Легче всего выдуваются слабые разновидности грунтов, не укрепленные растительностью, на побережьях морей, в пустынях. Если в массиве слабых пород встречается более устойчивое включение, например тело магматических пород, то на выдуваемой поверхности образуются так называемые останцы, которые постепенно истончаются ветром с песком. Процесс ветрового истирания носит название корразии. Корразия проявляется и на искусственных сооружениях. После сильных песчаных бурь в Средней Азии стекла домов нередко становятся матовыми, непрозрачными.

Песчаные частицы под действием ветра скачкообразно перемещаются и прекращают движение в зоне относительного затишья. Массы перемежающихся песчаных частиц образуют своеобразные формы, называемые в пустынях барханами, а на побережьях морей - дюнами. Типичный бархан (дюна) имеет в плане серповидную форму, пологий наветренный и крутой подветреный склоны.

Рис. 14. Бархан: а — профиль; б - вид в плане

Дюнный рельеф характерен для побережья Финского залива в районе Сестрорецка - Зеленогорска. Вблизи г. Лиепая (Литва) есть дюна высотой 70 м, на месте которой 200 лет назад было селение. В Средней Азии, на Ближнем и Среднем Востоке есть целые города, захороненные новейшими ветровыми отложениями.

Кочующие пески нередко в пустынных районах засыпают автомобильные, и железные дороги. Лучшими способами борьбы с петровой эрозией являются облесение территорий, засев кустарниками, травами, сохранение естественного растительного покрова,

Геологическая работа атмосферных вод

На поверхность материков ежегодно в виде дождя и снега выпадает цо 112 тыс. км3 воды. Выпавшие атмосферные воды образуют временные водотоки, а снег - лавины.

Выпадая на наклонные участки поверхности земли, вода увлекает с собой мелкие частицы и вызывает плоскостной смыв. Поток воды постепенно разделяется на отдельные струи, которые вызывают струйную эрозию. Это ведет к образованию промоин.

Обводнение поверхностных слоев на склонах ведет к активизации оползней, осыпей и других движений грунта под действием сил тяжести. Материал, переместившийся по склону под действием воды и гравитации, называется делювием. В отличие от элювия делювийпо минеральному составу отличается от подстилающих пород. Гранулометрический состав делювия неоднородный: супеси, суглинки, пески с включением щебня и более крупных обломков. Мощность делювия возрастает к основанию склонов, достигая иногда десятков метров. Для делювия характерна склонность к оползням.

У подножья гор широкой каймой в виде смыкающихся конусов выноса скапливается материал, приносимый потоками и называемый пролювием. Пролювиальный материал рыхлый, существенно слоистый. В периоды несильных дождей откладываются слои мелкозернистого песчано-глинистого материала. В периоды сильных дождей

* И 1

когда с гор сходят грязекаменные потоки (сели), откладываются слои крупнообломочные.

Отдельные струи, объединяясь в ручьи, потоки, приобретают значительную разрушающую силу, способную вызвать образование оврага. Условиями для образования оврага являются наличие легко размываемых грунтов, отсутствие растительности, которая затрудняет объединение малых струй, ливневый характер выпадения осадков. Длина оврагов может достигать многих километров, глубина - 30-40 м, скорость роста в легко размываемых грунтах - 40 м в год.

В качестве мер борьбы с образованием и развитием оврагов применяются отвод вод нагорными каналами, посадка деревьев и кустарников на склонах и вокруг оврагов.

В горных долинах в периоды затяжных и обильных дождей или быстрого таяния снега и ледников возникают сели - грязекаменные потоки, несущие массу обломочного материала. Характерный механизм образования селя таков: на некотором участке долины с горной рекой происходит оползень намокшего элювиально-делювиального склона. Оползень запруживает реку, потом происходит прорыв оползневой плотины и масса воды и грунта устремляется вниз по долине, у увлекая за собой все новый материал. При скорости 6-8 м/с сель сметает все встречающиеся на его пути сооружения. В местностях у подножья высоких гор селевые потоки нередко приносят большие разрушения.

В качестве мер борьбы с селями применяются лесонасаждения в области водосбора и канала стока, плотины в устьевой части канала стока, защитные дамбы в районе конуса выноса.

Селевые конусы выноса у подножья гор образуют отложения пролювия.

Обрушение с горного склона снежно-каменной массы называется лавиной. В зимнее время в снежной массе идет непрерывный процесс испарения снега из нижних, более теплых, слоев и конденсация его в верхних, более холодных, слоях. Снежный покров как бы само- подтачивается. Как только прочность нижних слоев становится недостаточной, происходит срыв снежной массы. Смешанный с воздухом снег как на воздушной подушке устремляется вниз со скоростью до 400 км/ч, увлекая с собой обломочный материал, вырывая деревья. Сила удара лавин может достигать 600 кН/м2.

Меры борьбы с лавинами - планируемый спуск лавин путем обстрела склонов, сооружение оградительных лавиноотбойных стенок, галерей над дорогами.

Геологическая работа рек (эрозия и формирование долин рек)

Временные потоки атмосферных вод, стоки из болот, источники подземных вод образуют постоянные водотоки - реки. Площадь, с которой река собирает воду, называется бассейном реки (рис. 19), граница между бассейном соседних рек - водоразделом. Река вызывает размыв, растворение пород русла (эрозию), перенос продуктов и переотложение обломков. В растворенном виде вода переносит до 30 % материала; эта часть почти полностью попадает с речной водой в море.

Река в своем развитии проходит несколько этапов. После быстрого поднятия тектоническими процессами какого-либо участка суши на крутом склоне формируется река. Большая скорость движения воды вызывает активный износ дна - донную эрозию. Образуется узкая глубокая долина с каменистым дном. По мере опускания устьевой части реки скорость течения замедляется. На дне начинает выпадать приносимый материал, донная эрозия прекращается. Наибольшее значение приобретает боковая эрозия - разработка долины в ширину. И реке появляются отмели, косы, излучины. Река стареет. Новые и к тонические движения могут существенно изменить судьбу реки. Подъем базиса эрозии или опускание верховья снижают скорость движения воды, ускоряют старение реки. Напротив, поднятие верховьев активизирует процессы донной эрозии, русло реки вновь очищается от осадков, река омолаживается.

В долине реки выделяют русло - непосредственное место водотока, пойму - прирусловые горизонтальные участки, заливаемые в половодье, и террасы, образующиеся за счет неоднократных колебаний уровня реки относительно базиса эрозии. Террасы в коренных породах называются эрозионными, в собственных отложениях реки - аккумулятивными. Древнее русло Волги в некоторых местах захоронено под 100-метровой толщей наносов.

Рис. 20. Профиль речной долины: 1 — русло; 2 - пойма;

3 — эрозионные террасы; 4 - аккумулятивные террасы

Стареющие реки с пологим руслом начинают меандрировать - образовывать за счет боковой эрозии полузамкнутые излучины меандры (рис. 21). Спрямленные меандры образуют озерца - старицы.

а

Большие реки меридионального направления имеют асимметричные долины с крутым правым и более пологим левым берегом. Это происходит благодаря преимущественному развитию эрозии правого берега за счет сил кориолисова ускорения, прижимающего струи воды у рек, текущих на север, к восточному берегу, а у рек, текущих на юг, - к западному.

Береговая эрозия нередко причиняет ущерб дорогам и другим сооружениям, расположенным вблизи берегов. Защита от береговой эрозии осуществляется защитными дамбами, стенками, укладкой на берега железобетонных плит, заключением рек в железобетонное русло.

Речные отложения называются аллювием. Различают три вида речного аллювия: русловый, пойменный и старичный. Русловый аллювий, залегающий в русле реки и выстилающий нижнюю часть пойменных отложений, обычно представляет собой крупнозернистый материал: галечник, крупнозернистые пески. Мелкие фракции вымываются из русловогозллювия током воды.

Пойменный аллювий откладывается в периоды паводка в относительно спокойной воде и представляет собой самые произвольные чередования тонкозернистых песков, суглинков, супесей; обычно обогащен органическим материалом, а на заболоченных участках в пойменном аллювии может присутствовать и торф.

Старицы заполняются водой лишь в периоды половодий, и там отлагаются самые тонкозернистые разности, образующие водонасыщенные иловатые отложения старинного аллювия.

Для аллювиальных отложений характерны косая слоистость, частое выклинивание и чередование слоев.

В долинах рек ведется самое разнообразное строительство: набережные, дороги, портовые сооружения, элеваторы и пр. В целом русловый крупнозернистый аллювий представляет собой неплохое основание, в том числе и для мостовых опор. Древний пойменный аллювий также может быть надежным основанием. Молодой аллювий, особенно иловатый, старичный, заторфованный, обладает высокой сжимаемостью, там возможны линзы илов или пылеватых песков с плывунными свойствами.

Геологическая работа моря (морские и озёрные отложения)

Геологическая работа моря заключается в разрушении пород в полосе прибоя (морская абразия) и переотложении этих, а также приносимых реками с материков продуктов разрушения.

Морская абразия

Гели вследствие тектонических процессов прибрежная часть Min ерика опускается, то море наступает на континент, происходит фцпсгрессия моря. Характер текущего и прошлых тектонических циижений определяет профиль морского берега.

Живая сила прибоя вызывает разрушение пород в волноприбойной нише 1. Береговой уступ 2 циклически обрушается и пополняет обломочным материалом пляж 3. На пляже материал измельчается прибоем, и в то же время пляж служит волногасителем, снижающим силу удара волн в волноприбойную нишу. Береговая полоса находится в динамическом равновесии: береговой уступ питает материалом пляжную полосу, а пляжная полоса ослабляет процесс разрушения берега. Любое вмешательство в это динамическое равновесие может иметь неожиданные последствия. Отбор гравия с пляжа для строительства приведет к усилению береговой абразии.

Берегоукрепительные мероприятия прекращают поступление материала на пляж, море быстро истирает пляжный материал и с сильно возросшей активностью начинает воздействовать на берег.

Наличие надводных или подводных морских террас свидетельствует о тектонических поднятиях или опусканиях береговой полосы. Если благодаря господствующему направлению ветров волны подходят к берегу не под прямым, а под острым углом, то пляжный материал перемещается вдоль пляжа.

Скорость береговой абразии под Одессой составляет 1-2 м в год, в районе Сочи - до 4 м, а на глинистых берегах Азовского моря она порой достигает 20 м.

В качестве мер борьбы с береговой абразией применяются волноприбойные стенки, волноломы, снижающие силу удара волн о берег, буны, препятствующие продольному перемещению пляжного материала.

При устройстве берегоукрепительных сооружений, рассчитанных на существование пляжа, необходимо пополнять пляж специально доставляемым обломочным материалом. Угловатый щебень, завезенный с осени на пляжи Сочи, за время зимних штормов перерабатывается в окатанный гравий.

Морские отложения. При постепенном опускании суши и трансгрессии моря осадки будут отлагаться в определенной последовательности. Проход полосы прибоя даст отложение слоя галечникового материала, который при цементации превратится в конгломерат. В прибрежной полосе моря поверх галечника будут откладываться песчаные частицы, приносимые реками. Реки выносят в море огромное количество материала; Амударья приносит в Аральское море ежегодно 44 млн м3, а Хуанхэ в Желтое море - 900 млн м3. Дальше от берега и соответственно выше в пицце осадков будут откладываться алевритовые (пылеватые) и глинистые частицы. Так образуются морские осадки континентального происхождения (терригенные). Если море регрессирует (отступает), то более крупнозернистые слои будут лежать выше тонкозернистых.

На более глубоких участках шельфа происходит отложение хемогенных и органогенных известняков.

Пресные воды рек приносят с собой растворенный бикарбонат кальция, растения отнимают у него часть углекислоты, а образующийся карбонат кальция выпадает в осадок:

Са(НСО,)2 = 1СаС03 + tC02

Примесь глинистых частиц в известняковом материале приводит к образованию мергелей. Существуют другие виды морских отложений, но именно песчано-глинистые терригенные осадки и известняки образуют толщи мощностью до нескольких километров.

Древние морские осадки, претерпевшие длительную историю уплотнения (коренные породы) и существующие сейчас в континентальных условиях, представляют собой, как правило, плотные мало- сжимаемые породы. Исключение могут составлять древние глины, обнаженные денудационными процессами и разуплотнившиеся.

Молодые современные морские отложения, не прошедшие этапа уплотнения, представляют собой, как правило, водонасыщенные илы глинистого или известнякового состава. Строительные свойства илов очень сложные.

Озера представляют собой малые модели моря. По берегам озер также идет волновая абразия, а под водой отлагаются осадки. Характерным озерным осадком являются тонкослоистые ленточные глины: летом откладывается более грубозернистый материал, зимой - более тонкозернистый, глинистый. Бывают также мергели, мел, трепел озерного происхождения.

Молодые озерные осадки обладают плохими строительными свойствами.

Озерная береговая абразия, несомненно, гораздо слабее морской, но она приобретает большое значение при создании искусственных озер (водохранилищ) на слабых неводоустойчивых грунтах. В отдельные годы Цимлянское водохранилище съедало до 25-50 м земли. Разумеется, этот процесс затухающий, так как по мере выполажива-ния дна в прибрежной части интенсивность размыва затухает.

Землетрясения

Разрывные нарушения в земной коре происходят под действием тектонических сил. Появление разрыва и каждый дополнительный сдвиг по нему сопровождаются разгрузкой окружающего массива и выделением накопленной упругой энергии в виде сейсмических волн, распространяющихся от очага (гипоцентра).

Некоторые хорошо изученные разломы в земной коре, например разлом Сан-Андреас в Калифорнии (США), регулярно являются источниками землетрясений.

Распространяющиеся от гипоцентра волны имеют сферический фронт. Проекция гипоцентра на дневную поверхность называется эпицентром.

По глубине расположения гипоцентра землетрясения разделяют на поверхностные (менее 10 км), коровые (10-80 км) и глубокие (80- 700 км) Наиболее разрушительными являются поверхностные и коровые землетрясения.

От эпицентра в радиальных направлениях распространяется целая серия коли. Первыми движутся с максимальной скоростью (6-8 км/с) продольные волны (Р), имеющие высокую частоту, небольшую амплитуду и служащие как бы предвестником основного носителя сейсмической энергии - поверхностных волн. Поверхностные волны S(см pm- 11) имеют большую амплитуду, слабо затухают с расстоянием имеют низкую частоту, близкую к резонансным частотам здании и сооружений. Скорость их распространения примерно в два раза ним» чем продольных волн (3-4 км/с).

Мерой мощности землетрясения в очаге является магнитуда - десятичный логарифм амплитуды колебаний на расстоянии 100 км от эпицентра, выраженной в мкм. Девятибалльную шкалу магнитуд называют шкалой Рихтера.

Для практических целей более важным показателем является интенсивность идущей сейсмической волны в данной точке, которая mi ' I е г быть охарактеризована амплитудой колебаний (мм) или ускорением колебаний (мм/с2).

По принятой в России шкале землетрясения делятся на 12 баллов.

Землетрясения обычно происходят на границах литосферных плит; в геосинклинальных областях с активной тектонической деятельностью.

На основании многолетних сейсмических наблюдений составляются карты сейсмического районирования, определяющие зоны ожидаемой интенсивности колебаний.

Уровень сейсмичности 5 баллов и менее не принимается во внимание при строительстве. При 6 баллах специальных противосейс-мических мер не принимается, но повышаются требования к качеству выполнения строительных работ. При ожидаемой сейсмичности 7-9 баллов здания и сооружения должны рассчитываться на сейсмические нагрузки.

Опасность представляет горизонтальная знакопеременная компонента сейсмического ускорения, составляющая при 8-балльном землетрясении 10-20 % от земного ускорения. При резонансной раскачке сооружения возникают наиболее серьезные повреждения. При действии горизонтальной сейсмической силы склоны и откосы как бы увеличивают свою крутизну и снижается их устойчивость. Рыхлые водонасыщенные грунты могут разжижаться.

Тоннели относятся к сейсмоустойчивым сооружениям, и колебания ниже 9 баллов, а в скальных породах - ниже 10 баллов для них не представляют существенной угрозы. Исключение составляют при- портальные участки, которые могут быть захвачены поверхностным оползнем.

В зону повышенной сейсмичности (6 баллов и более) попадает около 30 % территории СНГ. Сейсмические районы СНГ тянутся полосой вдоль южной и восточной границ: Карпаты, Крым, Кавказ, Средняя Азия, Тянь-Шань, Алтай, Забайкалье, Приморье, Курильские острова, Камчатка.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60560. Обробка конічних поверхонь на токарному верстаті. Елементи та умовне позначення. Способи отримання конічної поверхні 152.5 KB
  Елементи конуса показано на рис. Залежності між окремими елементами конуса такі: Кут уклону половина кута при його вершині визначають за формулою D d 2l tg α = де α кут уклону конуса град...
60561. Поняття про комп’ютерні віруси. Класифікація вірусів. Антивірусні програми 153 KB
  Мета: ознайомити учнів з терміном комп’ютерний вірус їх видами способами дії причинами розповсюдження засобами захисту від вірусів; розвивати логічне мислення увагу уяву кмітливість мовлення пам’ять; виховувати вміння співпрацювати.
60566. Три вида задач на нахождение начала, длительности и окончания события 49.5 KB
  Сколько часов в сутках Чему равна треть суток 24:3=8 Как найти половину суток 24:2 часа в часе 60 мин. 9 часов 30 минут половина десятого двадцать один тридцать 30 минут двадцать второго часа. А сейчас 7 часов утра 7 часов вечера 19 часов...
60567. Готовність та адаптація дитини до навчання у школі 67.5 KB
  Вступ дитини до школи є переломним моментом її життя: формується новий тип взаємин з іншими людьми виникають нові форми діяльності. Надзвичайно важливу роль в успішній адаптації дитини до школи відіграє вчитель.