Изучение и оценка инженерно-геологических условий с целью обоснования проекта гидроузла (2) (стр. 3 из 3)
На данной территории рассматривается возможность таких явлений, как плывуны, суффозия, просадка.
Плывуны
Явление плывунности выражается в том, что вскрытые водонасыщенные породы приходят в движение, приобретая свойства очень вязкой жидкости. При вскрытии траншей, котлованов, карьеров и других выработок их стенки начинают оплывать. Чем больше грунта извлекается из выемки, тем большее ее количество поступает со стороны дна и стенок. Иногда возникают катастрофические оплывания стенок, при которых перемещаются десятки и сотни тысяч тонн грунта. Истечение плывунов часто сказывается на очень больших расстояниях от места вскрытия выемки, вызывая неожиданные просадки и провалы поверхности.
Еще в 1859 г. П. Усов выделил плывуны в особый класс грунтов, обладающих свойством плывунности. Таких же взглядов придерживался и В. М. Карлович. В доказательство выдвинутого ими положения П. Усов и В. М. Карлович приводили описания некоторых типичных плывунов.
В 1923 г. К. Терцаги выдвинул новое положение, состоящее в том, что подвижность грунта при образовании плывунов не присуща какому-либо особому типу грунта, а является результатом определенного гидродинамического режима. По его мнению, плывунность — это не свойство грунтов особого типа, а состояние в котором могут пребывать самые различные грунты. Положение, высказанное К. Терцаги, доказывалось даннымимногочисленных наблюдений. В состоянии плывунности оказывались самые различные грунты, начиная с тончайших глин и суглинков и кончая крупнообломочными грунтами. Плывунность наблюдалась даже у некоторых видов серицитовых сланцев.
Исследуя явления плывунности, А. Ф. Лебедев установил, что сходное по внешним признакам течение грунта наподобие вязкой жидкости может вызываться двумя совершенно различными причинами. В одних случаях плывунность грунта, как это правильно подметил К. Терцаги, вызывается особым гидродинамическим режимом; в других является следствием особых свойств грунта, определяемых . минералогическим и гранулометрическим составом, и возникает на основе тиксотропных изменений его структуры.
При изменении гидродинамического режима определенные грунты перестают быть плывучими. Для таких плывунов плывунность не свойство, а состояние, поэтому А. Ф. Лебедев назвал их ложными плывунами или псевдоплывунами. Так как псевдоплывуны переходят в плывунное состояние под действием гидродинамического давления фильтрующейся воды, то П. Н. Панюков считает целесообразным называть их фильтрационными, что подчеркивает причину их возникновения.
Суффозия
Подземные воды в своем движении действуют на вмещающие породы механически и химически. При этом частицы породы выносятся, а поверхность земли, над образующимися пустотами оседает. Процесс выноса частиц породы, вызывающий оседание поверхности земли в данных условиях, называется суффозией (подкапыванием). До настоящего времени явление суффозии еще мало изучено. Однако наблюдения и эксперименты, произведенные многими учеными, позволяют сделать некоторые выводы.
Горные породы (грунты), подверженные суффозии, водонасыщены, и возможность выноса отдельных частиц определяется их размерами, минералогическим составом, скоростью фильтрации движущейся воды и величиной гидродинамического давления. Так как процесс суффозии заключается в переносе мелких частиц породы через поры между крупными частицами, то большое значение имеет размер пор.
Принято различать суффозию механическую, связанную только с перемещением, частиц породы, и химическую, связанную с процессами выщелачивания. Химическая суффозия, как правило, играет вспомогательную роль. В процессе химической суффозии разрушаются кристаллические связи, вследствие чего частицы породы освобождаются и получают возможность перемещаться. В первую очередь растворяются соли, находящиеся на стенках пор, затем—легко растворимые карбонатные частицы. В результате растворения солей и карбонатных частиц поры в породе увеличиваются, что в свою очередь облегчает процесс выноса мелких нерастворенных частиц.
Просадочность
Дополнительные деформации грунтов, находящихся в напряженном состоянии от действия переданного на них давления (нагрузки) или собственной массы грунта, проявляющиеся под воздействием дополнительных факторов, называются просадкой.
К просадочным грунтам относятся: лёссы и лёссовидные суглинки, обнаруживающие свои просадочные свойства при замачивании:
мерзлые грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру, в которых хотя бы часть воды находится в мерзлом состоянии оттаивание таких грунтов приводит к просадке; песчаные водонасыщенные рыхлые грунты, проявляющие просадочность при встряхивании.
Лёссовые грунты отличаются от других грунтов такого же гранулометрического состава внешними признаками: видимая невооруженным глазом пористость (вертикальные канальцы) значительное содержание пылеватых частиц 0.05-0,005 мм; агрегатное строение частиц и значительная однородность гранулометрического состава: значительная карбонатность (известковые журавчики, вскипающие от действия НСl); быстрое размокание в воде, сопровождающееся выделением воздуха.
Гипотезы происхождения просадочности различны. Одни ученые полагают, что причиной просадочности является природное недоуплотнение, другие—приписывают просадочность растворению и выносу солей; некоторые причину просадочности видят в процессах коагуляции, пептизации частиц и агрегатов скелета грунта.
Первая группа гипотез подразделяется на различные оценки воздействия воды на грунт. Считают, что просадка может возникать вследствие увеличения влажности грунта. Проф. Н. Я. Денисов утверждал, что просадочная деформация проявляется в результате расклинивающего действия тонких слоев молекулярной воды я, следовательно, возникновение и развитие просадочных деформаций может происходить лишь в узком интервале влажностсй, близких к максимальной молекулярной влагоемкости. Существуют и другие мнения, а именно, что просадочные явления происходят при влажности выше молекулярной влагоемкости. Кроме того, расклинивающее действие пленок воды наблюдается не только в лёссовых грунтах, но и в любых сухих глинистых грунтах, характеризуя лишь начальный момент изменения сил сцепления грунта. Вторая группа гипотез базируется на растворении и выносе солей, на размягчении солей, являющихся цементом. Это положение содержит различные трактовки общей идеи.
По капиллярной теории Терцаги прочносвязанная вода расположена на ребрах кристаллов у пород. Но капиллярная теория, как будто хорошо объяснявшая просадочные деформации, была развеяна вследствие недоучета ею следующих обстоятельств: просадки проявляются немедленно после замачивания лёссов; просадки проявляются через продолжительное время после замачивания; просадки проявляются в течение продолжительного времени, возрастая медленно; просадки проявляются в виде процесса внутреннего размыва и суффозии в лёссах и глинах. Только первое из этих условий удовлетворяет капиллярной теории.
Местные строительные материалы
При сооружении гидроузла можно использовать имеющиеся в районе строительные материалы. Их наличие учитывается при выборе типа плотины в составе гидроузла, так как этот фактор существенно влияет на стоимость и на сроки строительства.
Для возведения земляной плотины можно использовать пески, которые имеются в данной местности в достаточном количестве. Мелкозернистые пески элювиальных отложений можно использовать в качестве мелкого заполнителя для бетона. В качестве крупного заполнителя можно использовать гальку и щебень. Элювиальные отложения находятся на поверхности, что облегчает их добычу.
Элювиально-делювиальные отложения состоящие из суглинка можно использовать для ядра земляной плотины.
При анализе данной территории и исследовании возможности возведения гидроузла в данной местности, можно сделать следующее заключение: так как верхний слой содержит такие осадочные породы, как пески, суглинки, глина, следует иметь в виду, что строительство гидроузла будет дороже, так как в данной местности имеют место плывуны и оползни, существенно усложняющие строительство.
При проведении определенных мероприятий, направленных на улучшение геологических и гидрогеологических условий в данном районе, по данному створу возможно строительство плотины и последующее наполнение водохранилища.
Учитывая наличие местных строительных материалов, целесообразно возвести в данном створе земляную плотину с ядром и наслонным дренажем.
