Инженерная геология

6. Суффозия и меры по её предотвращению

При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, называют суффозией. Различают два вида суффозии - механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные); при химической вода растворяет частицы пород (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения.

При одновременном действии этих двух видов суффозия называется химико-механическая. Такая суффозия может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное цементирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы. Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды. Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии. Взвешивание частиц происходит при критическом напоре, который можно определить по формуле:

I_кр = (

где - плотность породы (песка); n - пористость породы, доли единицы.

Гидродинамическое давление, г/см³, действующее по касательной к депрессионной кривой дренируемого потока, определяют по формуле:

D =

где - плотность воды; n - пористость, доли единицы; I - гидравлический уклон (градиент).

Суффозия наиболее свойственна гранулиметрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом. Песок состоит из частиц различного размера - больших и малых. Большие частицы создают структурный каркас породы. Поры достаточно велики и через них под действием фильтрующей воды свободно проходит мелкие частицы (глинистые, пылеватые). Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора I_кр5.

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 пределе одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. В глубине массива 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. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев, когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше 2. Характерными являются пустоты лессовых пород, в частности, на контакте с подстилающими их кавернозными известняками-ракушечниками. Размер пустот иногда достигает нескольких метров. Такие небольшие пещеры развиты, например, на склонах долины р. Темерник в г. Ростов-на-Дону (рис. 19).

Рис. 19 Суффозионная полость (1) в лессовых породах, залегающих на склоне рельефа, сложенном известняками-ракушечниками (2); 3 - здания.

Развитие пещер нередко сопровождается провалом поверхности земли, повреждением зданий и подземных коммуникаций. Следует отметить, что в лессовых породах суффозия развивается не только на контактах, а и в самых толщах, образуя так называемый «глиняный карст». Развитие пустот начинается с ходов землемеров 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 поверхностных 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 прверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

В откосах строительных выемок суффозионный вынос частиц приводит к оседанию поверхности, образованию провалов, воронок, оползней.

Химическая суффозия может проходить длительное время и выщелачивает не только карбонаты и другие, сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что 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. Определять величину и характер протекания суффозионной осадки (S_с). При этом следует определять всю суммарную величину вертикальной деформации засоленного основания, которая складывается из осадки, вызванной уплотнением грунтов от нагрузки объектов и суффозионной 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.

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

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим строительным нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы строительства. Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений. С суффозией следует активно бороться. Основой всех мероприятий является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или присыпкой песка; устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением особых видов фундаментов, например, свайных.

Заключение

Изложенные основы инженерной геологии применяются на практике горно-строительных и горно-эксплуатационных работ.

Развитие геологических процессов и явлений на той или иной территории связано с особенностями ее геологического строения, распространения определенных комплексов горных пород, с историей геологического развития.

Как следует из данных работы, изучение закономерностей развития геологических процессов возможно только на широкой геологической основе, т.е. с учетом развития рельефа того или иного района, его геологического строения, гидрогеологических условий, условий формирования свойств горных пород, развития сопутствующих геологических процессов и явлений.

Всесторонний учет инженерно-геологических факторов таит в себе значительные резервы и возможности улучшения технико-экономических показателей работы.

Список используемой литературы

1. Ажгирей Г. Д. Структурная геология. - М.: Изд. МГУ, 1966- 228 с.: ил.

2. Белецкий Б. Ф. Технология и механизация строительного производства. - 2003. [Электронный ресурс]URL: http://www.sbh.ru/articles/art1_2.htm

3. Горшков Г. П., Якушева А. Ф. Общая геология. - М.: Изд. МГУ, 1976- 314 с.: ил.

4. Ершов В.В., Новиков А. А., Попов Г. Б. Основы геологии. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1986- 310 с.: ил.

5. Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. - Л.: Недра, 1977- 436 с.: ил.

6. Панюков П. Н. Инженерная геология. - М.: Недра, 1978-296 с.: ил.

7. Шепард Ф. П. Морская геология. - Л.: Недра, 1976 - 412 с.: ил.

8. Чаповский Е. Г. Инженерная геология. Учебное пособие для студентов геолог. спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1975 - 296 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru