Инженерная геодинамика как научное направление. Ее содержание, история развития




страница1/6
Дата10.07.2016
Размер1.12 Mb.
  1   2   3   4   5   6

  1. Инженерная геодинамика как научное направление. Ее содержание, история развития.

Инженерная геодинамика один из основных разделов инженерной геологии, изучает геологические процессы и явления, как естественные (природные), так и возникающие в связи со строительством сооружений и хозяйственным освоением территорий. Различают общую ИГД, региональную ИГД, геодинамическое грунтоведение. Широкое распространение и развитие геологических процессов и явлений вызывает необходимость в охране территорий, жизни и деятельности человека от их стихийного, вредного и опасного, а иногда и катастрофического проявления и в их прогнозе. ИГ признана решать вопросы строительства сооружений в особых геологических условиях, разрабатывать теоретические основы охраны территорий и прогноза геологических процессов и явлений. Объектами изучения являются: 1) региональное изучение и картографирование ЭГП, выявление закономерностей их распространения; 2) изучение механизма и генетических особенностей формирования ГП, их классификация; 3) прогнозирование геологических процессов, их составление, проверка, уточнение, оценка оправданности; 4) изучение и картографирование режима ЭГП. История: В.А.Приклонский (1949г.) четко определил полностью сохранившее свое значение содержание ИГ; И.В.Попов (1947,1959г.) определил ИГ в теоретическом отношении как отрасль геологии, изучающую динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека; Е.В.Сергеев (1974,1979г.) на основании учения Вернадского о неоносфере, считал что человек сильнейшая движущая сила; Г.К.Бондарик (1981г) в ИГ должны превалировать теоретические стороны, нельзя ограничиваться только прикладными задачами; В.Т.Трофимов научное направление ИГ, исследующее морфологию, механизм, ИГ причины и пространственно – временные закономерности формирования и дальнейшего развития верхних горизонтов земной коры

  1. Взаимосвязь ИГ с другими естественными и техническими науками.

ИГ имеет тесную связь со многими естественными и техническими науками. Стратиграфия древних четвертичных отложений, петрология магматических пород, морских осадочных, метаморфических и континентальных пород, также геотектоника являются базовыми науками для ИГ, необходимыми для анализа региональных условий. Почти всегда в задачи ИГ входят изучение особенностей литологии, стратиграфии, малых тектонических структур и трещиноватости как основы для ИГ оценок и прогнозов. Историческая, динамическая и геоморфология изучают динамику земной коры и формирование рельефа в историческом и региональном аспекте; океанология и гидрология изучают формирование и движение поверхностных вод; физическая и коллоидная химия изучают водные растворы, физика, механика упругих и пластичных и вязких, сплошных и дискретных тел; технические науки – горная и строительная - также сильно связаны; гидрогеология и мерзлотоведение – самые основные связи. Необходимость оценивать в количественной форме деформации пород и геологические процессы обусловила привлечение методов механики и математики.

  1. Компоненты инженерно – геологических условий.

В понятие ИГ условий входит вся совокупность компонентов геологической среды рассматриваемой территории и факторов, ее изменяющих, важных для решения поставленных проблем строительства сооружений и рационального использования территорий. К компонентам ИГ условий относятся: ГП и их свойства (комплексы, генезис, состав, текстура, залегание, литификация, физико – механические свойства); тектонические структуры (складчатые и разрывные, древние и новейшие, развитие, характер залегания, заполнители зон разломов); трещиноватость пород (генетческие типы трещин, распространение, интенсивность, ИГ характеристики); выветрелость (разуплотненность, выщелачиваемость, закарстованность, суффозионная пустотность, зоны экзогенного разрушения); естественное напряженное состояние; подземные воды как ИГ фактор; геоморфологический облик территории; геологические процессы и явления, в совокупности характеризующие современную геологическую жизнь верхней части земной коры. Имеющие важное значение для прогноза изменения ИГ условий и оценки территории.

  1. Горные породы – главный объект геологических исследований.

Физические, механические и другие свойства пород: плотность, прочность, деформируемость, размываемость, растворимость и водопроницаемость. Влияют на развитие геологических и ИГ процессов. Свойства пород их изменение под влиянием природных и техногенных факторов являются предметом детального анализа в каждой ИГ проблеме. Гетерогенность – отличительная особенность преобладающего большинства массивов ГП, которые как геологические тела характеризуются динамичностью и активной, но разной реакцией на действие природных и техногенных факторов (взаимодействие с ПодВод и сооружениями). Особое значение имеет изменении состава, состояния и свойств пород при их разуплотнении, выщелачивании и выветривании, так как часто сооружения взаимодействуют с частично или со значительно разрушенными массивами. В основе ИГ оценки пород находятся петрографические характеристики – генезис, состав, структура, фациальная изменчивость, т е особенности строения, которые определяют их механические свойства. Структурные связи в глинистых породах формируются и изменяются в течение длительного времени процессами лито – катогенеза, и они обусловливают их плотность, прочность и деформируемость. Породы с жесткими и полужесткими кристаллическими структурными связями (скальные, полускальные) в зависимости от характера основных зерен, цементирующего вещества и его распределения и др петрографических особенностей обладают резко различными свойствами. В морских осадочных слоистых породах важное значение имеют тонкие прослои менее прочных разностей, а также характер контакта между слоями. Фациальная макро–микроизменчивость морских и континентальных осадочных толщ, интрузивных и эффузивных пород, обусловливающая неравномерное распределение под.вод, выщелачивание и выветривание, неоднородность и анизотропию физико – механических свойств толщ и следовательно разнохарактерность ГП. Петрографические особенности пород являются предметом изучения для выявлении признаков для объяснения физмех свойств, установления зависимостей и обоснования ИГ оценки толщи, взаимодействующих с сооружениями или в которых развиваются опасные геологические процессы. При ИГ изучении пород необходимо применять системный подход, последовательную детализацию и завершать их классификацией, основанной на генетических, возрастных и литологических признаках, с учетом их поведения и состояния в натурных условиях.

  1. Роль новейших тектонических движений в формировании ИГ условий территорий и развитии ГП.

Современные тектонические движения и сейсмичность – геологические процессы, происходящие в верхней части земной коры и проявляющиеся на ее поверхности, в которых отражаются преобразования в литосфере и астеносфере. Создание рассчитанных на длительные сроки службы инженерных сооружений, которые в течение этих сроков подвергаются влиянию современных движений земной коры, повышенные требования к точности ориентировки в пространстве ряда промышленных установок обуславливают практическую необходимость исследования указанных движений. Научное значение рассматриваемой проблемы определяется тем, что данные движения представляют собой одно из немногих проявлений на земной поверхности процессов, происходящих в недрах нашей планеты. Изучение современных тектонических движений в инженерно – геологических целях имеет свою специфику и осуществляется для решения следующих задач: 1. оценки вероятности, величины и значения региональных и дифференцированных разрывных и складчатых структур – поднятий, опусканий и перекосов на устойчивость сооружений – бетонных плотин, тоннелей, мостов, промобъектов и других в случае неизбежности их расположения на разломах и складках; 2. оценки влияния на напряженно – деформированное состояние массивов горных пород, на величины и направление максимальных касательных напряжений в склонах; оценки изменения трещиноватости, текстуры, механических и фильтрационных свойств пород в зонах подвижек; 3. выявление влияния разнохарактерных тектонических движений на развитие рельефа, современных геологических и инженерно – геологических процессов в связи с разработкой мер защиты от их воздействия на сооружения и территорию; 4. обоснование конструкций сооружений и инженерных мер, обеспечивающих их безаварийную эксплуатацию; 5. увязки и проявления сейсмичности с новейшими структурами и их дифференцированным движениям.

Современные тектонические движения рассматриваются как последний этап геологической жизни района, и их инженерно – геологический анализ необходимо выполнять на фоне новейшей истории развития, выявляя унаследованность молодых структур с древними, с детальностью, отвечающей возможности использования в проектных решениях.




  1. Генетические группы трещин и их ИГ характеристика.

Схема ИГ классификации трещин по генезису.

Группы трещин

Генетические типы трещин

Характерные черты

Контрационные (остывания или первичной отдельности)

В интрузивных породах

В эффузивных породах



Обычно узкие и тонкие трещины, протяженные, закономерно ориентированные в трех взаимно перпендикулярных направлениях

Преобладают широкие трещины, образующие характерные столбчатые, матрацевидные отдельности



литогенетические

Усадки в илах, такырных и аналогичных отложениях

Напластования и объемного уплотнения в литифицированных глинистых породах



Возникают при высыхании осадков, ухкие и широкие, вторично заполненные

Тонкие и узкие образующиеся при литификации пород и внешнем давлении, видимые и обнаруживающиеся при снятии напряжений и выветривании



Тектонические (эндогенные)

По механизму образования: Сдвигах и сколах, сжатии (давлении), растяжении (разрыве), развальцевании и скручивании, проскальзывании по слоистости

По взаимоотношению с основными структурами: соскладчатые, приразрывные, оперяющие



Разной ширины, протяженные, прерывистые и кулисорасположенные, волнистые, образуют узлы трещин при наложении разных систем. Различная шероховатость стенок и выполнение трещин – перетертый обломочный материал.

Для каждой генеарации трещинообразования характерны 2 основные системы и третья менее четко выраженная






По характеру обособляются: 1. Трещины кливажа – как особая форма частой тонкой сомкнутой трещиноватости; 2. Зоны трещин, шириной до 1-5м, с повышенной раздробленностью пород в них, протяженные, являющиеся путями для проникания вод и процессов выветривания

Экзогенные, часто наложенные на др типы трещин

Неотектоническое давление – от веса ледового покрова, при гидротации

Разуплотнения при разгрузке естественных напряжений в массиве пород, в том числе трещины бортового и донного отпора



Локальное растпространение, без четкой ориентации, узкие и тонкие

Обычно широкие и ноложенные на тектонические и литогенетические проявляются при эрозионном расчленении, открытые и заполненные осыпным и др щебнисто-глинстым материалом

Типичное дальнейшее развитие и расширение трещин разгрузки и вследствие выветривания, блок пород отчленяется от коренного массива, начинает смещаться под влиянием гравитационных сил, трещина достигает ширины в десятки см, иногда м


Выветривание разрушение и изменение

Разного характера, ориентировки, ширины и выполнения, существенно преобразующие исходные породы в различных горизонтах обломочной и трещинной зонах выветривания

мерзлотные

Закономерно и спородически распространены, разнохарактерные и обусловлены: сжатием и замезанием пород,чередующимся с расширением при оттаивании и солнечной инсоляции; с буграми пучения, наледями и др мерзлотно – геологическими процессами, создающими локальные очаги давлений

Оползневые: детрузивные (выдавливания), разрыва и бортового сдвига, зоны скольжения

Разной длины, ширины и расположения, приурочены к различным частям оползневого массива;отражают характер смещающихся пород. Степень их обводнения и распределения напряжений при развитии и движении оползня

сдвижения

Возникают в прилегающей толще пород при обрушении кровли над карстовой полостью, в плане обычно концентрические, разной ширины

Просадочные в лессах и пепловых туфах

Размер, протяженность, интенсивность различны и обусловлены режимом обводнения и мощностью толщи лессов и пеплов




суффозионные

Литогенетические и тектонические существенно измененные по простиранию и в ширину процессами выщелачивания и размыва, с выносом и перераспределением заполнителя трещин

Техногенные, образованы в результате строительной и иной деятельности человека

Разгрузки и разуплотнения: в откосов карьеров и котлованов. Вокруг подземных выработок, от взрывов

Сдвижения – при обрушении кровли подземных выработок



Простирание и ширина обусловлены размерами и ориентировкой борта карьера и подземной выработки, а также первичным напряженным состоянием и строением массива пород; обычно локального распространения. Затухающие с удалением от места взрыва или выемки

Распространение, характер и ширина различны, зависят от пород, глубины обрушения



Разного генезиса, но искусственно измененные

Вследствие цементации, силикатизации, глинизации, обжига и др средств технической мелиорации происходит частичное или значительное заполнение первичных трещин и упрочнение массива пород



  1. Основные характеристики трещин в горных породах; их ИГ значение.

Для ИГ оценки трещиноватости пород важны следующие показатели: генезис трещин, в котором отражены факторы и механизм их образования, возраст и последовательность формирования, унаследовательность трещин разного генезиса, пространственное положение, ориентировка, протяженность, ширина, характер поверхностей стенок трещин, их заполнитель и режим обводнения, интенсивность (степень) микро и макротрещиноватости породы и массива. Генезис – важнейшая особенность, определяющая другие характеристики. Тектонические и др трещины могут сформировываться в одну или несколько геологических эпох, образуя разновозрастные генерации, пространственно обособленные или надоженные. Геометрические характеристики трещиноватости включают: простирание, направление и угол падения трещин, длину и ширину трещин. Пространственное расположение трещин в массиве м б выдержанным, прерывистым, кулисообразным, параллельным и секущим под разными углами. Это создает различные типы сети трещин. Для ИГ оценки трещиноватых пород такие показатели, как ширина, шероховатость стенок трещин и их выполнение имеют большое значение (существует связь с механическими свойствами). Состав. Сложение и мощность заполнителя в трещинах разного генезиса и в зонах разломов весьма разнообразны, зависят от вмещающих пород, характера и интенсивности тектонических процессов (оказывает значительное влияние на прочностные. Деформационные и фильтрационные свойства).

  1. Количественные показатели трещиноватости пород и методы их определения.

Для приближенной количественной характеристики трещиноватости пород предложены несколько прямых и косвенных показателей. В зависимости от характера пород и детальности исследований применяются следующие показатели: модуль трещиноватости – количество трещин на 1м разреза пород в штольне, по скважине и в обнажении; коэффициент трещинной пустотности (Нейштадт) – отношение в процентах общей площади (или V) трещин к площади изученной поверхности (V) породы; в зависимости от величины КТП породы разделяются на: слаботрещиноватые (<2%), среднетрещиноватые (2-5%), сильнотрещиноватые (5-10%), весьма сильнотрещиноватые (>10%); коэффициент трещинной блочности – отношение объема среднего элементарного блока порды к объему 1м3. Косвенными показателями трещиноватости массива являются: процент выхода керна при колонковом бурении, при соблюдении постоянного режима; величины удельных водо и воздухопоглощений и удельных водопритоков в скважинах, получаемые при опытных поинтервальных нагнетаниях и откачках; динамический модуль упругости и скорость продольных упругих волн, характеризующие различную трещиноватость пород, получаемые при сейсмоультразвукового каротажа в скважинах, штольнях и на обнажениях. В практике изысканий наибольшее использование получили КТП, определенные на типичных сечениях, площадью несколько м2 и разноориентированных, примерно перпендикулярно простиранию основных трещин. При характеристике пород по показателю блочности встает вопрос какие трещины считать за типичные, а какие за блокоразделяющие. Для характеристики трещиноватости массива необходимы объемные показатели, без которых трудно сделать ИГ заключение об ослаблении прочности массива пород, о прогнозе фильтрационных, суффозионных и иных процессов и методах заделки трещин, о применении разных методов изучения трещиноватости, съемочных и геофизических, с установлением зависимости между ними. Используя данные методы необходимо учитывать генезис, характер выполнения трещин.

  1. Методы изучения трещиноватости горных пород.

Изучение трещиноватости пород на всех стадиях изысканий должно завершаться с разной детальностью определением показателей основных свойств массива разного объема. Должное внимание надо уделять местам пересечения крупных и средней ширины трещин (ослабление механической прочности). Применяются разные методы ИГ исследований. 1. Изучение мех. Свойств пород на образцах малого размера и перенесение показателей на массив по коррелятивным зависимостям (многочисленными экспериментами доказана связь динамического модуля упругости и модуля деформации, эта зависимость характерна и для пачек, слоев, массива – штампы, прессиометры). 2. Расчетные методы. Фисенко (1965 г), изучая устойчивость бортов карьеров в слоистых и трещиноватых породах, предложил эмпирическую формулу: См и С0 – сопротивление сдвигу соответственно в массиве и в образце породы, выраженное через сцепление; Н – общая высота борта карьера; а – коэффициент, зависящий от величины сцепления породы в образце, от характера трещиноватости; W – показатель, характеризующий интенсивность трещиноватости пород; L – линейный размер блока, ограниченный двумя трещинами:

Руппенейт (1975 г) предложил оценивать модуль деформации массива трещиноватых пород в заданном направлении по формуле:



где Еобр – модуль деформации породы в образце, i – индекс систему трещин; λi – угол между направлением, по которому вычисляется модуль деформации, и нормалью к плоскости итой системы трещин;  - геометрическая характеристика трещин итой системы; ερ – относительная площадь скальных контактов; аi - среднее расстояние между трещинами итой системы; bi – среднее раскрытие трещин итой системы. Приведенные формулы учитывают только макротрещины, которые в процессе сжатия и смещений в результате приложения нагрузки претерпевают некоторые изменения. Крупные трещины, их зоны и разломы должны оцениваться как отдельный ИГ элемент массива. 3. Натурные методы оценки влияния трещин на мех и фильт свойства массива пород в условиях естественного залегания. Для установления масштабного фактора при характеристике сопротивления сдвигу и модуля деформации трещиноватых пород проводят испытания со штампом разной площади или в скважинах разных диаметров и при разных напряжениях, что определяет различные объемы пород, виды и число трещин, вовлекаемых в эксперимент. Влияние трещиноватости на фильтрационные характеристика массива пород и его анизотропию устанавливается опытами поинтервальных откачек и нагнетаний в одиночные и кусты скважин с разными интервалами от 1 до 5 м.



  1. НДС массива ГП и основные факторы, его определяющие.

Естественные напряжения формируются под воздействим в сочетании сил: гравитационных, тектонических, газо и гидродинамических, геотермических и красталлизационных.НДС это региональная характеристика, меняется в зависимости от факторов – современных тектонических движений (вертикальных – поднятий и опусканий и горизонтальных – сжатий и растяжений). В результате изменения НДС могут происходить: 1. Разломы (трансформный разлом Сан – Андреас, 4.5км упругие деформации. Срыв, землетрясение); 2. Для обвальных и осыпных процессов это опасно; 3. Процессы в горных выработках (активные процессы, горные удары, разрушения, выволы), нагнетание вод на большие глубины под высокими давлениями, при создании карьеров глубиной несколько сот метров, при создании больших под выемок под ГЭС и промышленные объекты. На НДС массивов пород влияют техногенные факторы, которые проявляются при создании в районах с активными неотектоническими и современными движениями высоких плотин и водохранилищ огромных объемов. Решают многие проблемы: 1. Оценка ИГ условий строительства; 2. Для оценки длительности и устойчивости инженерных сооружений; 3. Для обоснования прогноза сдвижения пород; 4. При исследовании изменения параметров сейсмических колебаний; 5. Для обоснования методики ИГ опробования; 6. При изучении механизма образования складчатых и разрывных нарушений; 7. Для прогноза изменения сейсмичности района; 8. Для обоснования выбора конструкций и расчета устойчивости бетонных плотин и крепления под выемок

  1. Тектоническая составляющая полей напряжений; ее влияние на структуру поля напряжений в массиве пород.

Для полей тектонических напряжений характерна значительная изменчивость в пространстве и во времени, проявляемая в величинах, положении тензора напряжений и в ориентировке осей главных напряжений. Если исключить влияние гравитационных напряжений, то можно принять, что на глубине Н в любой точке М упругого изотропного массива действуют тектонические напряжения сжатия в горизонтальном направлении (рис). Главные напряжения характеризуются следующими величинами: Ϭ = 0; Ϭ= МТн; Ϭ = Тн. В случае наклонного направления действия тектонических сил, например, развивающихся при надвигах или крутонаклонных сбросах, равнодействующая их м б разложена на горизонтальную и вертикальную составляющие; напряжение Ϭ ≠ 0. Тектонические напряжения являются наиболее динамичными, так как современные движения земной коры и глубинные процессы происходят непрерывно, их влияние в приповерхностной зоне усиливается в периоды землетрясений. Измерение напряжений в натуре и деформаций на кернах интрузивных пород поднятых с глубины нескольких сот метров выявили, что в относительно больших геологических телах, являющихся объектами ИГ изучения, действуют как напряжения сжатия, так и растяжения. Вторые наблюдаются реже и преимущественно вблизи подвижных разломов, что соответствует представлениям о подвижности земной коры в рифтовых и аналогичных зонах.

  1. Подземные воды как важнейший ИГ фактор.

Подземные воды и породы образуют единую динамическую взаимовлияющую систему; они в значительной мере определяют развитие геологических процессов. В ИГ подземные воды в большинстве случаев усложняют условия строительства и эксплуатации сооружений и использование территории. В задачу ИГ исследований входит обоснование защитных мероприятий и борьбы с отрицательным воздействием ПВ на устойчивость сооружений и на возникновение неблагоприятных, нередко опасных геологических процессов. Изучая ПВ как ИГ фактор, необходимо отметить их многоплановый характер воздействия. В ИГ ПВ, находящиеся в породах в связанной и гравитационной формах, изучаются и оцениваются в следующих направлениях. 1. По влиянию степени и режима (сезонного и многолетнего) обводнения массивов пород на их состояние, мех свойства и размываемость. 2. По непосредственному и разнообразному влиянию на развитие карстовых, просадочных и оползневых процессов. 3. По гидромеханическому воздействию ПВ на породы проявляющиеся (давления напорных вод, давления, возникающие при быстром снижении уровней рек, в виде гидростатического давления). 4. Агрессивность ПВ по отношению к различным ГП, бетонным сооружениям и металлическим конструкциям. 5. Водный баланс массива пород, в котором происходят карстовые, оползневые, просадочные и суффозионные процессы, необходим для количественного прогноза их интенсивности во времени и для обоснования эффективности дренажных и др защитных мероприятий. 6. Динамика и режим ПВ как в естественных условиях, так и в измененных техногенными факторами являются важнейшими вопросами ИГ изысканий, данные о которых необходимы при решении практически многих проблем.

  1. Основные направления изучения ПВ в ИГ.

Важным элементом изучения под вод района проектируемых сооружений является составление обобщенной гидрогеологической схемы, по возможности совмещенной со схемой соотношения четвертичных отложений и геоморфологических элементов. При возможности на схеме надо показать обобщенные характеристики минерализации вод отдельных комплексов. Составление подробных гидрогеологических схем для горно – складчатых областей представляет большие трудности, чем для платформ, изза сложности геологического строения. Основные гидрогеологические особенности территории, выявленные как при картировании разного масштаба, так и при детальных исследования на участках расположения сооружений, имеют большое значение для оценки ИГ условий и их прогноза. Среди них важнейшими являются закономерности движения и режима под вод.

  1. Геоморфологические особенности как признак ИГ оценки территории.

Геоморфологические особенности земной поверхности обусловлены: 1) литологией и строением массива ГП; 2) тектоническими структурами и их развитием; 3) характером и скоростью неотектонических движений; 4) палео- и современными климатогидрологическими факторами; 5) деятельностью ЭГП, а также влиянием инденерно – строительных факторов. Основываясь на выявленных региональных геоморфологических условиях и на общих закономерностях формирования рельефа, ИГ специфика изучения состоит в наиболее детальном его расчленении на элементы по признакам: генетическому, возрастному, морфометрическому и современного состояния. Каждый геоморфологический элемент или части их характеризуются различными в геологическом строении, обводненности, морфометрии и др особенностями и поэтому могут рассматриваться как признак для общего или специализированного ИГ районирования.

  1. Региональные и зональные закономерности развития процессов.

Геологические процессы и явления обладают региональными и локальными геологическими, зональными, климатогидрологическими и др закономерностями формирования и распространения. Это позволяет распространять результаты детального изучения ГП на отдельных участках на весь район со сходными геологическими условиями, историей развития, зональными, техногенными факторами. Известные для района особенности строения, которые трудно обнаружить на маленькой площади или при ограниченных объемах изыскательных работ, должны быть учтены при ИГ оценке как важные региональные признаки. К основным геологическим закономерностям развития процессов и явлений относятся их характер и приуроченность к литологическим комплексам фациально изменчивых пород, к складчатым и разрывным структурам, к зонам трещиноватости, к геоморфологическим элементам, к степени и режиму обводненности пород к участкам силового воздействия под вод, к периодам сейсмической активности, к зонам выветривания, разуплотнения и концентрации напряжений и к участкам интенсивного воздействия техногенных факторов. Зонально – климатические и гидрологические факторы оказывают разнообразное влияние на состояние и прочность пород вследствие активизации процессов выветривания, карста и просадок, изменение сезонной и многолетней обводненности территории, режима под вод, гидродинамического давления. Уровенный режим, характер и интенсивность воздействия пов вод при разном их уровенном режиме обуславливают современные процессы – эрозионные в руслах и на склонах и абразионные на берегах водоемов, а также при соответствующих условиях – процссы аккумуляции. Основные компоненты климатических условий: количество атмосферных осадков, температура и влажность воздуха, ветер и характер снготаяния, обобщаются в типах зональности климата. Сочетание климатических факторов с рельефом и гидрографией определяет гидрологические условия суши и морских побережий, имеющих большое значение для развития эрозионных, абразионных и др геологических процессов и геоморфологии. При анализе воздействия пов стока на земную поверхность и развития эрозии их гидравлические характеристики – скорости течения, расходы и энергия – имеют определяющие значение. В гидрологических факторах также прослеживается зональность развития. Геологические процессы денудации представляют собой главные объекты ИГ изучения, т к они уничтожают территорию, вызывают деформации инженерных сооружений и приводят к катастрофическим последствиям.

  1. Общая ИГ классификация ГП и явлений и их техногенных аналогов.

Обусловленные климатическими и биологическими факторами

Выветривание

Площадное

Линейное


Физическое

Химическое

Биологическое


Обусловленное энергией рельефа (Fтяж)

Движение без потери контакта со склоном или небольшая потеря

Оползни

Лавины


Ледники

Сплывы, оплывины, оползни – блоки, оползни – потоки, оползни – обвалы

Снежны осовы,

лотковые, прыгающие

горные, матриковые



Движение с потерей контакта со склоном

Обвалы

осыпи


Обвалы, вывалы, камнепады

Лотковые, площадные



Обусловлены пов водами

водотоки

Эрозия

Термоэрозия

Сели

затопление



Склоновая, овражная, русловая

Гляциальные, дождевые, таяние снега, прорыв плотин, вулканогенные



Обусловлены под водами

Растворние и выщелачивание

Механический вынос

Понижение УГВ

Подъем УГВ

Ослабление и разрыв структурных связей грунтов

Увеличение объема глин пород



Карст

Суффозия


Оседание поверхности

Подтопление, засоление, заболачивание

Просадка лессовых пород

Плывуны


набухание

Карбонатный, сульфатный, солевой

Суффозия, подземная эрозия

Верхние, переходные, нижние болота

Истинные плывуны и псовдоплывуны



Обусловленные ветром




Дефляция

Корразия


аккумуляция

Развевание, выдувание

Дюны, барханы



Обусловленные промерзанием и протаиванием пород

промерзание

Пучинность

Морозобойное растрескивание

наледи


Смерзшие, родниковые. речные

Колебание температур с переходом через 0

курумы

Каменные реки и моря

оттаивание

Термокарст

солифлюкция



Быстрая, медленная

Обусловленные выработкой подземных пространств

Добыча ТВ ПИ и сооружение тоннелей

Добыча нефти и газа



Проседания и провалы земной поверхности

Оседание земной поверхности








  1. Сейсмичность территории РФ. Оценка силы землетрясений.

Сейсмичность территории характеризуется на различных уровнях. Общее сейсмическое районирование (ОРС97 – это нормативный документ). Карта сейсмического районирования 1:8000000 + пояснительная записка с перечнем пунктов, которые находятся в зоне опасных районов (Сочи 9 баллов. Красная поляна 10). 30% РФ сйсмически опасны от 4 до 12 баллов. Наиболее опасные: кавказ, саяны, алтай, камчатка, забайкалье, юг восточной сибири, сахалин, курилы. На крте показаны районы с различной сейсмичностью. Это важнейший фактор. Характеристика землетрясений. Чем выше сейсмичность территории, тем выше опасность оползневых и гравитационных явлений. Второй уровень рассматривается детальное сейсмическое районирование. Строятся карты от 1:200000 до 1:500000. Проводятся с учетом ИГ условий территории состава и свойств грунтов или пород, геоморфологических условий (склоновый рельеф, возраст склона), гидрогеологические условия (наличии напорных и безнапорных вод, глубина залегания ПВ), дисперсность пород. Учитывая все это факторы, определяется сейсмичность территории. Третий этап: сейсмическое районирование. Рассчитываются в масштабах 1:500 до 1:2000. Оценка устойчивости зданий, рекомендации по технике и защитных мероприятиях.

18.Сейсмическое районирование проводится на основе оценки и картирования ожидаемого поверхностного эффекта землетрясений в заданном регионе, деления территории на районы с различной степенью интенсивности ожидаемых землетрясений.

Выполняется



общее сейсмическое районирование,

детальное сейсмическое районирование,

сейсмическое микрорайонирование.

Общее сейсмическое районирование

Карта общего сейсмического районирования (ОСР) составляется для всей территории страны в масштабе 1:5 000 000 – 1:1000 000. Для ее составления используются исторические данные и инструментальные наблюдения за землетрясениями, геолого-тектонические и геофизические карты, данные о движении блоков земной коры. Проводится выделение зон возможного возникновения очагов землетрясения, с различными их глубинами. Особое значение представляют мелкофокусные землетрясения. Наибольшую опасность представляют землетрясения с очагами на глубинах от 3 до 30-50 км.



Детальное сейсмическое районирование

Карта детального сейсмического районирования (ДСР) составляется в масштабе 1:500 000 – 1:100 000 для территорий крупных промышленных агломераций, густонаселенных провинций или территорий перспективного освоения, расположенных в сейсмоопасных регионах. Задача ДСР – уточнение данных ОСР на основе новых результатов более детальных геолого-геофизических исследований, выполненных в регионе. Определение степени сейсмической опасности территорий проводится с учетом особенностей геоморфологических, инженерно-геологических или геокриологических условий.



сейсмическое микрорайонирование.

Для инженерно-геологического обоснования сейсмического микрорайонирования составляются карты трех типов:

частные аналитические карты, отображающие закономерности пространственного распределения и изменения отдельных геологических факторов, влияющих на сейсмичность территории;

общие аналитические комплексные карты, на которых приводится совместное отображение нескольких инженерно-геологических факторов;

синтетические специальные карты, отображающие деление территории на таксономические единицы, однородные по реакции на сейсмические воздействия.


19. Инженерно-геологическая оценка пород зон выветривания.

При инженерно-геологических оценках степени и скорости вывет­ривания пород важно установить основные факторы и закономерности изменения литологического состава, структурных связей, текстуры и изменчивости свойств элювия в различных горизонтах: плотности, прочности, деформируемости, размываемости, водопроницаемости и др. На примере одной климатической области — Черноморского побережья Кавказа, можно показать преобладающую роль геологических факто­ров — литологических типов пород и тектонических разрывов в раз­витии процессов и зон выветривания. Побережье от Адлера до Батуми относится к субтропикам и характеризуется обильными, преимущест­венно дождевыми осадками (среднегодовое количество 1800—2300 мм), положительными температурами, практически отсутствием промерза­ния и высокой влажностью воздуха. В пределах этой части побережья распространены разные стратиграфо-литологические комплексы и типы пород — литифицированные глины верхнего палеогена и -нижнего миоцена, вулканогенные толщи байоса и эоцена, карбонатные породы нижнего и верхнего мела, подвергающиеся воздействию процессов вы­ветривания.



20. Схемы расчленения кор выветривания.

Различные направления в изучении кор выветривания привели к созданию нескольких схем их классификации и расчленения. В. Н. Разумова и Н. П. Херасков (1963) по условиям образования и залегания выделяют несколько геологиче­ских типов кор выветривания:

- непосредственно на складчатом основании платформ, сложно построенные, большой мощности и длительного формирования;

- приуроченные к поверхностям размыва внутри платформенного осадочного чехла, в условиях кратких перерывов в осадконаплении, среди малолитифицированных пород;

- внутриформационные, развивающиеся на платформах внутри субаэральных и субаквальных осадочных толщ в периоды прекращения приноса обломочного материала; геосинклинальных областей, в известной мере аналогичные вто­рому типу.

По времени образования — возрасту коры выветривания могут быть разделены на палеозойские (или более древние), мезозойские, третичные, четвертичные и голоценовые, а при наличии данных — бо­лее детально, например на средне- или верхнеплейстоценовую, плиоце­новую, палеогеновую, домеловую и др.



Предложено несколько инженерно-геологических схем расчленения коры выветривания различия которых в известной мере связаны с особенностями изучаемых комплексов по­род, климатом района и спецификой в исследованиях. Над зоной дезинтеграции нередко залегают глинистые образования, а под ней выветривание происходит по трещинам, где состояние, состав и свойства пород также изменены, что надо оценивать с инженерно-геологической точки зрения. В связи с изложенным рекомендуется следующая принципиальная схема инже­нерно-геологического расчленения коры выветривания

I — верхняя «дисперсная»; средняя II — обломочная и III — ниж­няя трещинная, иногда называемая линейной, существенно различ­ного состава, сложения, свойств, мощности и распространения. Каж­дая зона в зависимости от характера выветривания пород, климата, залегания и задач подразделяется на несколько горизонтов.

Дисперсная зона выветривания характеризуется практически полным преобразованием минерального состава, текстуры и свойств исходных пород, в зависимости от которых и от климатических фак­торов преобладают различные вторичные минералы, выносятся или накапливаются гипс, карбонаты, окислы железа и др. По сложению, механическим свойствам, размываемости и водопроницаемости глини­стые образования дисперсной зоны выветривания являются относи­тельно однородными и обычно целесообразно их подразделение на два инженерно-геологических горизонта в зависимости от наличия мелкой дресвы, плотности и увлажнения. Глинистые породы этой зоны вывет­ривания легко размываются и оползают, в связи с чем чаще сохра­няются на водораздельных поверхностях, перекрыты новыми накопле­ниями и имеют уменьшенную мощность.

Обломочная зона, для которой характерны процессы физи­ческой дезинтеграции и частичное химическое разложение пород, имеет сложное строение, и для нее типичны по разрезу весьма значительные изменения (до десятков раз) прочности, деформируемости и др. Боль­шинство исследователей подразделяют обломочную зону на четыре горизонта (подзоны) по степени выветрелости: по размеру дресвы, количеству глинистых масс, ожелезнению, загипсованию, текстуре, плотности, цвету и т. п. В породах обломочной зоны интенсивно раз­виваются процессы эрозии, абразии, осыпания и оползания; для разных ее горизонтов необходимо применять различные методы технической мелиорации, анкерования, противофильтрационные мероприятия и т. д.

Трещинная зона выветривания разнообразна по своему ха­рактеру, распространению в массиве и другим особенностям, зависящим от исходных пород, интенсивности и размеров тектонических трещин и разломов, эрозионной /расчлененности, разгрузки естественных на пряжений, состава и движения подземных вод. Выветривание в текто­нических разрывах протекает на значительно большие глубины, чем в нормально трещиноватом массиве; вдоль разломов в породах фор­мируются свои зоны экзогенного физического и химического изменения.

21. Показатели выветрелости горных пород.

Осадочные терригенные и карбо­натные, интрузивные, эффузивные, метаморфические и другие комп­лексы пород обладают различными, но почти всегда отчетливыми внешними признаками выветрелости: изменение цвета породы с появ­лением окислов железа и других минеральных пленок; трещины вы­ветривания, количество, длина и ширина которых увеличивается снизу вверх, изменяя текстуру и облик породы; уменьшение плотности по­роды, определяемое по опробованию ручным пенетрометром и по ее разрабатываемости (лопатой, кайлом, отбойным молотком, взрывом); образование новых минералов — гидроокислов железа, гипса, карбона­тов и др., а также изменение облика породы из-за уменьшения вслед­ствие выщелачивания начальной карбонатности и загипсованности по­роды; появление гумуса, вмытого в трещины выветривания.

Показателями степени выветрелости, устанавливаемыми опробова­нием в натурных условиях и лабораторными испытаниями, являются: изменение плотности породы, оцениваемое по величинам объемной мас­сы Л и скорости упругих волн ур; изменение гранулометрического и минерального состава породы, ее поглощенного комплекса (для глин); количественное содержание минеральных новообразований и величин выщелоченности породы; изменение прочности, деформируемости, водо проницаемости и размываемости, определяемое как по косвенным на­турным признакам, так и путем прямых опытов.

По описанию и полевому опробованию разрезов коры выветрива­ния (по простейшим классификационным показателям,, размоканию и др.) возможно первое расчленение ее на зоны и гори­зонты, в дальнейшем уточняемое при детальных исследованиях по ко­личественным характеристикам плотности, состава, механических и других свойств. Разработаны предложения для характеристики степени выветрелости и скорости выветривания пород разных петрографиче­ских типов, которые представлены ниже.



22. Скорость процессов выветривания, ее значение и методы изучения.

Различные литологические типы пород в разных климатических, геоморфологических и других условиях, на обнаженной или прикрытой поверхности характеризуются весьма не­одинаковой скоростью выветривания, о которой можно судить по раз­резам зон выветривания, сформированным:

а) в пределах разновоз­растных элементов рельефа, если их кровля не подвергалась денудации, была прикрыта почвой, делювием и т. п., время образования ко­торых установлено

б) в откосах дорожных и других выемок и в бор­тах карьеров, длительное время не подвергавшихся расчистке

в) на опытных площадках.

Изучение скорости формирования зон выветривания в натурных условиях на опытных пло­щадках, чаще кратковременное, проводилось в разные годы, преиму­щественно в глинистых породах в долинах рек Куры, Волги и Днестра, в районах городов Сочи, Читы и Братска, на бортах угольных карьеров в Казахстане.

Скорость выветривания можно оценить по мощности зоны дробления, образовавшейся за год (или другой отрезок времени). Показатель скорости выветривания различен в разных породах и обстановках, при наличии или отсутствии сноса выветрелого материала и т.д.

23. Инженерно-геологическое изучение процессов и кор выветривания, методы их улучшения.

Среди экзогенных геологических процессов: разуплотнения из-за разгрузки напряжений, выветривания, выщелачивания и механической суффозии, существенно и разнообразно разрушающих массивы пород, процессы выветривания представляются наиболее важными для реше­ния инженерно-геологических проблем.

При расчленении массива пород природными процессами — эро­зионными, абразионными, карстовыми и иными, а также при создании любых значительного размера строительных и других выемок на по­верхности или подземных, при образовании полостей взрывами созда­ются условия для разгрузки естественных напряжений, под которыми находились породы. В зависимости от строения массива, характера и ориентировки разломов и трещин, от степени естественной напряжен­ности и других особенностей пород при создании природных или искус­ственных полостей и врезок на контуре или на некоторой глубине, вследствие снятия напряжений возникают микро- или более крупные деформации, образуются новые, а чаще раскрываются существующие трещины. Разгрузка напряжений приводит к разуплотнению пород, не всегда макроскопически наблюдаемому и фиксируемому по сейсмоаку-стическим показателям. В случаях больших перепадов напряже­ний возможны видимые деформации в скальных породах — выбросы («горные удары»), а в пластичных — выпор.

Разгрузка напряжений, микро- и малые деформации пород и обус­ловленное ими разуплотнение — это начало разрушения массива, за которым следуют и накладываются разнообразные процессы выветри­вания. Они существенно и неодинаково в разных литологических комп­лексах и в климатических областях воздействуют на породы, преобра­зуя их сложение и состояние, снижая прочность, увеличивая размывае-мость и деформируемость и изменяя фильтрационные свойства. Разви­тие современных геологических процессов — эрозии, абразии, оползней, обвалов, селей, карста и других, в значительной мере обусловлено ха­рактером и интенсивностью процессов выветривания. Возведение мно­гих сооружений, дорожных и иных врезок, котлованов, порталов тонне­лей, карьеров и других чаще осуществляется на поверхности и в по­родах различно выветрелых и разуплотненных. Методы и эффектив­ность технической мелиорации пород также обусловлены характером их выветрелости. Скорость процессов разуплотнения и выветривания влияет на временную и длительную устойчивость склонов, откосов, выемок и бортов карьеров.



В естественных науках сформировалось четыре основных направле­ния изучения процессов выветривания: геологическое; минерало-геохимическое, связанное с образованием многих гипергенных месторожде­ний полезных ископаемых; почвенное и инженерно-геологическое, Все четыре направления связаны между собой, так как изучается изменение горных пород под воздействием экзогенных факторов, заимствуются результаты и методы исследований, но главные задачи у них различ­ные. Для процессов разгрузки напряжений и выветривания типичен избирательный характер проявления в массивах пород, обладающих литологическими, структурными и другими особенностями состава и строения. Процессы разгрузки и выветривания взаимодействуют и про­исходят во всех комплексах пород, но глубина их проникновения в массив, характер и степень его изменения различны.

24. Гидрологические и геологические факторы, определяющие абразию берегов морей.

Геологические:

  1. Геологическое строение берега –комплексы пород, их фациальная изменчивость, залегание, структуры, трещиноватость.

  2. Неотектонические и современные движения.

  3. Физико-механические свойства пород, сопротивляемость волновому размыву, изменение в результате выветривания, разуплотнение, выщелачивание.

  4. Современные геологические процессы, происходящие на берегах, - оползни, обвалы, селевые выносы, карст и т.д.

  5. Рельеф подводной и надводной частей берега, непрерывно изменяющийся.

Гидрологические:

  1. Уровенный режим водоема, рассматриваемый в историческом аспекте и в настоящее время. Эвстатические колебания, приливы, отливы, сработка и подъем горизонтов водохранилищ и озер.

  2. Волновой режим – высота, длина, повторяемость и энергия волн ветровых, сейсмических, особенности гидромеханического воздействия на отмель или береговой уступ (клиф).

  3. Течения – вдольбереговые, придонные, с разными скоростями и энергией.

  4. Наносы – закономерности формирования, перемещения, аккумуляции, характеристика их баланса. Воздействие льда на берег и сооружения на нем расположенные.

25. Техногенные факторы

  1. Возведение на надводных и подводных частях берега инженерных сооружений, в том числе защитных, изменяющих воздействие водоема, строительство волнозащитных стен, исключает источник питания наносов, перемещение наносов. Создание портовых сооружений, волноломов нарушает региональный с севера на юг поток наносов, на одних участках наблюдается их увеличение, на других исчезновение.

  2. Разрушающее воздействие химических и биогенных факторов на породы отмели и берегового уступа.

Меры борьбы:

  1. Создания защитного слоя наносов путем возведения бун и волноломов, в сочетании с отсыпкой щебнистых, галечниковых масс, постоянно пополняемых из-за их истираемости и уноса на глубину.

  2. Возведение волноотбойных стен для защиты надводного уступа.

  3. Для приглубых берегов необходимо создавать искусственные мысы и бухты.

26. геологические и гидрогеологические факторы, определяющие переработку берегов водохранилищ.

Формирование берегов водохранилищ после их накопления называют переработкой. Они возникают под влиянием подмыва и разрушения берегов.

Прогноз участков возможного подмыва, разрушения берегов, ширины зоны переработки и скорости ее увеличения – основная задача.

Факторы:


  1. Геологические. Горные породы, условия залегания, ориентировка тектонических структур, новейшие, современный движения земной коры, состав, распределение рыхлого материала в береговой зоне.

  2. Геоморфологические. Рельеф подводного берегового склона, ориентировка береговой линии, положение аккумулятивных форм рельефа, современные геологические процессы, их активность, проявление.

  3. Гидрологические. Размеры водной поверхности, режим уровня воды, интенсивность волноприбойных явлений, паводковыми явлениями и т.д.

  4. Деятельность человека. Строительство сооружений в береговой зоне, подработка склонов, распашка склонов.


27.ИГ процессы, обусловленные созданием водохранилищ, меры борьбы с ними.

Инженерно-геологические процессы: абразия, подмыв, разрушение берегов.

Профилактические меры борьбы:

Осуществляются с целью предупреждения развития опасных явлений, с целью предупреждения нарушения равновесия в развитии геологических процессов. Это охрана пляжей, берегоукрепительных сооружений, их ремонт, наблюдение ха их работой, стационарные, режимные наблюдения, направленные на предупреждение аварийного состояния сооружений.

Охрана рыхлого материала на пляже, искусственное пополнение пляжа.

Капитальные мероприятия:

Строительство сооружений и береговых укреплений для защиты берега от воздействия на них волноприбоя, для сохранения рыхлого материала. Это волноотбойные стенки, ряжи, бетонный плиты, габионы, мощение берега, одерновка откосов, дамбы, волноломы, молы. Наносоудерживающие сооружения: буны.

29. Овражная и склоновая эрозия. Изучение, меры борьбы.

В результате размыва склона и водораздела дождевыми и талыми водами образуются овраги. Это результат начальной ускоренной линейной эрозии.

Распространены в лесостепной и стеной зонах.

Овраг – форма рельефа, образовавшаяся на склоне или водоразделе, представляет собой глубокий, вытянутый в длину, извилистый размыв, образующий долину временных ручейков (длина от 10 м до 10 км). Овраг имеет днище с руслом, склоны, отвершки.

Стадии развития:


  1. Стадия промоины, рытвины. V- образной формы.

  2. Ускоренного врезания оврага вершиной. U-образная форма.

  3. Овраг врезается до основания склона. Рост замедляется.

  4. Стадия затухания, склоны выполаживаются, задерновывают

Факторы:

  1. Геологическое строение района. Если породы легко размываемы, размокаемы, имеют маленькую плотность, глинистый состав пород. От мощности отложений зависит глубина оврага. Характерно для лессовых пород.

  2. Рельеф. Определяет количество стекающей воды и ее скорость.

  3. Климат. Зависит от количества выпадающих осадков, их вида, интенсивности, распределении в течении года. Экспозиция склонов влияет.

  4. Растительность. Она сдерживает эрозию, препятствует развитию оврагов.

  5. Деятельность человека. Нарушение режима поверхностного стока, разрушение защитного растительного покрова, распашка земель.

Меры борьбы:

  1. Лесомелиоративные работы. Устройство полезащитных лесных полос, участков, посев трав по склонам «залуживание».

  2. Строительство водоулавливающих , водорегулирующих сооружений. Системы нагорных , водоотводных канав, лотков. Водоудерживающие валы, плотины, фильтрующие дамбы.

  3. Укрепление участков. Засыпкой промоин, мощение камнем, укрепление габионами, бетонными плитами, одерновкой.

  4. Строгое соблюдение правил землепользования. Установление охранных земель, в которых недопустимы горные строительные работы, вырубка леса, выпос скота.

30.Речная эрозия, факторы ее определяющие, меры борьбы.

Речные долины формируются под влиянием явлений смыва, размыва (эрозии), переноса рыхлого материала, его аккумуляции.

При формировании речной долины огромное значение имеет донная и боковая эрозия.

Наибольшая эрозия происходит в период паводков и половодий.

Факторы:Особенность гидрологического режима. (уровенный режим, изменение расхода, скорость течения речного потока). Режим рек определяется условиями питания. В основном это атмосферный осадки.Строение речной долины. (геоморфологические особенности). Размер, форма водосборного бассейна. В горных районах больше выпадает осадков, благоприятные условия для формирования поверхностного стока, высокие расходы, скорости потоков, эрозионные процессы. Состав, свойства горных пород. (геологическое строение) На участках сложенных размокаемыми, размываемыми породами. Если породы трещиноваты, закарстованы – эрозии нет, так как все уходит на инфильтрацию.Геологические процессы, условия залегания пород, тектонические движения. Суффозия, выветривание, оползни. Деятельность человека. Регулирование стока рек путем строительства плотин, создание водохранилищ, уничтожение лесов, осушение болот.

Меры борьбы:



  1. Профилактические. С целью предупреждения опасных явлений. Работы, выполняемые для охраны устойчивости береговых склонов, пляжей, режимные, стационарные наблюдения, берегоукрепительные сооружения.

  2. Капитальные. Строительство берегоукрепительных сооружений (каменная наброска, мощение, укладка габионов, бетонных плит, одерновка берегов). Для изменения направления потока – струенаправляющие сооружения (дамбы-буны). Плотины, водохранилища.
  1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница