Карстовые процессы. Это процессы выщелачивания водорастворимых горных пород (известняков, доломитов, гипсов) подземными и атмосферными видами осадков и образования в них различных пустот. Для карстового процесса, в отличие от обычной суффозии, главным является растворение пород и вынос из них веществ в растворенном виде.
Возникновение и развитие карста обусловлено способностью пород к полному растворению, наличием проточной воды и степенью ее минерализации, геологическим строением участка, рельефом местности, трещиноватостью пород, характером растительности, климатом.
Плывунами называют рыхлые водонасыщенные породы, обычно пески, которые при вскрытии различными горными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости. Основной причиной проявления у пород плывунных свойств является гидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада (градиента) давления грунтовых вод при вскрытии котлована (траншеи и т. д.)
Просадочные явления в горных породах. Лессовые породы представлены суглинками, реже – супесями. По гранулометрическому составу лессовые грунты подразделяют на супеси, суглинки, глины. Просадочность – явление, характерное для многих лессовых пород. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой.
Эрозия
Разрушение горных пород реками называют эрозией. Эрозия осуществляется динамическим воздействием воды на горные породы. К тому же речной поток истирает породы обломками, которые несет вода, да и сами обломки разрушаются и разрушают ложе потока трением при перекатывании. Одновременно вода оказывает на горные породы растворяющее действие.
На первой стадии эрозии река углубляет свою долину, вырабатывает определенный продольный профиль, стремясь достигнуть максимальной глубины. Обломочный материал почти весь попадает в морской бассейн. Положение профиля зависит от базиса эрозии, под которым понимают уровень моря или каких-либо других бассейнов, куда впадает река (или прекращает свое движение). Дно реки имеет значительный уклон, поток обладает большой скоростью, интенсивно действует донная эрозия. Такая стадия развития типична для горных, т. е. молодых рек. На первой стадии река достигает своей максимальной глубины
На второй стадии река имеет небольшой уклон, скорость потока падает, глубинная эрозия заменяется боковой. Река размывает свои берега, русло долины блуждает. Долины широкие, пологие Обломочный материал в большей своей части оседает в русле. Такие реки находятся в состоянии старости.
Последовательность стадийного развития рек нарушает движение земной коры, которое меняет высотное положение базиса эрозии или верховьев рек. Опускание базиса или поднятие верховья переводит реку на первую стадию развития. Поднятие базиса или опускание верховья приводит к старению реки.
Борьба с эрозией рек
С боковой эрозией борются укреплением берегов с регулированием течения реки. В зависимости от геологического строения берега, характера и места размыва укрепление проводят устройством набережных, подпорными стенками, свободной наброской бутового камня или в фашинных тюфяках, укладкой железобетонных плит и т. д. Хорошо защищает берег струенаправляющие стенки, дамбы и буны. Подводную часть берега следует укреплять каменной наброской и фашинными тюфяками, загруженными камнями, надводную крепят бетонными армированными плитами, подпорными стенками, камнем в плетневых сетках.
Донная эрозия опасна для опор мостов, поэтому они должны иметь достаточное заглубление, следует учитывать движение льда, т. к. заторы могут вызвать резкий подъем воды. Заторы следует разрушать, а в местах их образования заранее производить обваловывание берегов. Сооружения и берега долины следует защищать от паводковых вод земляными дамбами, отсыпкой камня и другими способами.
Химическая суффозия
При фильтрации подземная вода вымывает из пород составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок.
Суффозионные процессы разделяют на два вида – механическую и физическую. При химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты).
Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления. И превышение некоторой критической скорости воды. Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий – формированием воронок депрессии, колебание 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, на орошаемых территориях.
Химическая суффозия может проходить длительное время и выщелачивать не только карбонаты и другие сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.
Борьба с суффозией
При возведении объектов используются различные приемы строительства:
Прорезка фундаментами зданий слоя суффозионного грунта;
Водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;
Прекращение фильтрации подземной воды устройством дренажей и водонепроницаемых завес;
Отсыпка на основании грунтовых подушек из песка или суглинков;
Предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового основания;
Искусственное закрепление массива грунтов методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).
7. Приведите классификации подземных вод. Опишите разные фазовые состояния воды в породах, а также условия залегания и движения подземных вод (Гигроскопическая, трещинновая)
Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных вод.
Классификации подземных вод.
Классифицируют подземные воды: по характеру их использования и по условиям залегания в земной коре:
Хозяйственно-питьевые воды – подземные воды широко используют для хозяйственно-питьевых целей, т. к. признаны лучшим источником питьевого водоснабжения. Как правило, это воды интенсивного водообмена (глубина залегания обычно не более десятков метров). В последние годы для хозяйственно-питьевого водоснабжения начинают использовать также солоноватые и соленые подземные воды после их опреснения.
Технические воды – это воды, которые используют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Требования к воде определяется производственным предприятием.
Промышленные воды содержат в растворе полезные элементы (бром, йод и др.) в количестве, имеющем промышленно сырьевое значение. Обычно залегают в зоне весьма замедленного водообмена. Обладают высокой минерализацией (от 20 до 600 г/л), состав хлористо-натриевый, температура нередко достигает 60-80 0С.
Минеральными называют подземные воды, которые имеют повышенное содержание биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных элементов. Они выходят на поверхность земли или вскрываются буровыми скважинами.
Термальные подземные воды имеют температуру более 370С. Залегают повсеместно на глубинах от нескольких десятков метров (в горно-складчатых областях) до нескольких километров (на платформах)
Подземные воды классифицируют по условиям их залегания в земной коре. На рисунке 1 показаны расположение основные подземные воды в земле.
По степени насыщения водой горных пород верхняя часть земной коры делится на верхнюю и нижнюю.
Верхняя, зона аэрации, расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. В этой зоне наблюдается непосредственное просачивание атмосферных осадков из поверхностных вод вглубь, в сторону зоны насыщения.
Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.
Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде верховодок, грунтовых, артезианских, трещинных и вод вечной мерзлоты.
Верховодки - это временные скопления подземных вод в зоне аэрации. Верховодки образуются над локальными водоупорами, например, линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород. В периоды снеготаяния или дождей вода временно задерживается и образует сводообразные водоносные горизонты. Верховодки могут возникать и при отсутствии водоупоров, например, при низкой водопроницаемости породы, в результате чего, в верхней части толщи происходит задержка воды. В сухое время года воды в верхней части слоя, как правило, не бывает.
Грунтовые воды. Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности безнапорные. Иногда они могут проявить так называемый местный напор, связанный с залеганием линзы глины в уровне зеркала.
Межпластовые подземные воды. Эти воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают напорные (артезианские) и ненапорные.