Инженерная геология
Инженерная геодинамика как научное направление, ее основное содержание и история развития. Горные породы как главный объект геологических исследований. Методы изучения трещиноватости горных пород. Инженерно-геологическая оценка пород зон выветривания.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | шпаргалка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.05.2012 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
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.
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.
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.
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.
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, выпас скота.
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.
Динамика селевых процессов и защита от селей
Сели возникают обычно внезапно, главным образом, летом (в июле-августе), реже весной и еще реже осенью. Как правило, кратковременны, проходят в течение от 3 до 5-8 ч, редко больше. Внезапно возникают и так же резко заканчиваются. Статистика показывает, что повторяемость селей неопределенна. Причиной, движущей силой являются ливни, интенсивное таяние снега и ледников или прорывы из водоемов. Стекая с большими скоростями со склонов, они смывают рыхлый материал, концентрируются вначале в малые, а затем в большие потоки с нарастающей живой силой, формируют поток на основном водотоке. Последний (поток) с огромными скоростями устремляется вниз по течению, продолжая смывать и размывать там, где возможно, русло, берега, склоны долины и накопившийся в их основаниях обломочный материал. Движение селевых паводков обычно имеет заторный характер вследствие образующихся завалов, которые прорываются под напором накапливающихся масс и затем валами распространяются вниз по течению дальше, разрушая на своем пути все препятствия.
По условиям и механизму образования (ген. признак) различают селевые потоки, возникшие в результате:
1) Преобладающих процессов размыва водными паводками
2) Процессов оползания, осыпания, смыва, пролювиального выноса
В обоих случаях селеобразования возможны две формы начала движения обломочно-глинистых масс. Первая - обвал, оползень или курум, сместившийся в русло, далее двигается вниз по водотоку, вовлекая в движение другие накопления, водонасыщаясь и размываясь, а затем превращаясь в типичный селевой поток. В этом типе движения селевого материала вначале преобладают деформации сдвига, в которых преобладает трение, а затем массы становятся более водонасыщенными и вязкими, изменяется характер их смещения. Вторая - предполагает, что основной механизм образования селей заключается в размыве имеющихся обломочно-глинистых накоплений; здесь трение перекатывания и сдвига обломков также имеет некоторое значение. При наложении водного паводка на обломочно-глинистые накопления в долине помимо основного процесса - размыва - происходит их увлажнение, взвешивание и общее разрыхление, которые способствуют образованию селевого потока.
Механизм формирования селевых потоков определяется сочетанием конкретных геологических и гидрогеологических фактов. По механизму движения селевые потоки подразделяются на:
1) Связные, состоящие из разнообломочного и большого количества глинистого материала ("грязевые" и "каменно-грязевые")
2) Несвязные, состоящие преимущественно из разного размера обломочных масс с примесью дисперсного материала ("водно-каменные")
Механизм движения селей зависит от гранулометрического и минерального состава, формы обломков, водонасыщенности и вязкости селевых масс, морфологии долины и характеристик водного потока.
Потивоселевые мероприятия подразделяются на предупредительные и профилактические, селерегулирующие, селезадерживающие инженерные сооружения. По своему характеру противоселевые мероприятия могут быть: агролесомелиоративными, гидротехническими, организационными, оповещающими.
Селезащитные мероприятия:
1) Организация службы режимных наблюдений в пределах водосборного бассейна и селеопасного района;
2) Устройство охранных зон
3) Невыполнение лесомелиоративных работ
4) Выполнение работ по регуляции поверхностного стока на склонах водосборного бассейна
5) Сооружение регулирующих и улавливающих сооружений в руслах потоков
6) Строительство каналов, селеспусков и других сооружений для организованного пропуска селевых паводков
7) Строительство защитных, ограждающих сооружений
8) Выполнение разнообразных профилактических работ
Инженерно-геологическая характеристика обвалов и осыпей
Обвальные явления принадлежат к группе гравитационных, т.к. развиваются под влиянием гравитационных сил на склонах и откосах. Там, где откосы и склоны сложены сильнотрещиноватыми, раздробленными породами или рыхлыми породами, образуются осыпи.
Осыпи - процесс, заключающийся в отчленении при выветривании от пород обнаженного уступа мелких обломков и щебня с последующим почти непрерывным по времени скатыванием их вниз. Обычно осыпи приурочены к зонам повышенной трещиноватости и разломам. Среди осыпей разделяют действующие, полузакрепленные и закрепленные. Действующие осыпи характеризуются постоянным перемещением обломочных масс; причем движутся главным образом поверхностные слои, где наблюдаются перекатывание и соскальзывание обломков друг по другу.
Под обвалами понимается обрушение как отдельных глыб и блоков, так и более крупных объемов твердых горных пород из обнажений, расположенных на нагорном склоне выше бровки откоса, или крутой, отвесной верхней части склона, сопровождающееся их скатыванием, опрокидыванием и раскалыванием. Во время обвалов перемещение масс горных пород начинается на нагорном склоне. Для возникновения обвалов необходимо достаточно длительное время, действие процессов выветривания, увлажнения, сейсмичности и др. факторов, нередко в сочетании с увеличением крутизны склона в результате его подмыва; это позволяет установить признаки обвалоопасности и принимать профилактические защитные меры. Типичные крупные обвалы относительно редкое явление в горных областях; значительно чаще встречаются переходные формы - оползни-обвалы и осовы. Для оползня-обвала характерно начало смещения блока пород в виде скольжения по поверхности трещин или иным контактом ослабления. Под осовами понимают быстрое смещение на склоне щебнисто-глыбового или песчаного материала, обычно частично увлажненного в основании, при котором все массы приходят в движение. Основными факторами возникновения осова является уменьшение трения песчаных или щебнисто-глинистых образований, увеличение крутизны при подмыве основания.
Обвальные явления характеризуют неустойчивость склонов и откосов и на участках их распространения создают постоянную опасность для жизни и деятельности людей, сохранности и нормальной эксплуатации сооружений. Поэтому изучение условий образования обвальных явлений, разработка методов оценки их угрожаемости и прогноза, а также мер по их предупреждению и защите от их опасного влияния являются важнейшими задачами инженерной геологии.
Меры борьбы с обвалами и осыпями
Виды и назначения мероприятий определяются:
1) характером, объемами и повторяемостью обвалов и осыпей,
2) объемом защиты - дорога, населенный пункт, промышленный объект, освоение земли и др.,
3) технической возможностью и экономической целесообразностью защиты. Наиболее часто защищают авто - и железные дороги от осыпей и малых обвалов созданием принципиальной схемы (рис. на стр. 196, Злотарев):
1) Противообвальных стен с траншеями на склоне и у полотна дороги, способных выдержать удары глыб и аккумулировать скатывающиеся обломочные массы,
2) Различных дамб и стен, направляющих сход обвальных масс, планировки поверхности и устройства валов, играющих роль трамплина для обеспечения переброски через полотно дороги,
3) Бетонных мощных контрфорсов и стен с фильтрами для поддержания потенциально-обвалоопасных блоков пород в сочетании с укреплениями их анкерами,
4) Защитных галерей разных конструкций, обычно полуоткрытых, с надежными перекрытиями,
5) Облицовка стены и покрытие поверхности выветривающихся пород и осыпающегося откоса торкет-бетоном,
6) Регулярная уборка со склонов неустойчивых глыб, установка заанкерных металлических сеток, предохраняющих от падения и осыпания обломков на дорогу,
7) Дренажных устройств в случае выклинивания на склоне подземных вод.
Предотвращение и инженерная защита от крупных и грандиозных обвалов в большинстве случаев мало реальна.
Основные факторы развития оползней
Одним из первых, главных факторов развития оползней можно отнести значительную крутизну склона или откоса. Увеличение крутизны склона или откоса под влиянием естественных или искусственных факторов при прочих равных условиях может стать причиной нарушения устойчивости пород, т.к. при этом возрастает относительная величина сдвигающих, или скалывающих усилий.
Вторым фактором образования оползней является ослабление прочности пород вследствие изменения их физического состояния при увлажнении, набухании, выветривании и т.д. Увлажнение пород в первую очередь увеличивает их массу и соответственно действие на них гравитационных сил. Набухание пород связано с их гидрофильностью, коллоидной активностью, со способностью активно сорбировать влагу. В зависимости от степени выветрелости пород меняются их свойства - плотность, пористость, трещиноватость. На изменение состояния и свойств пород оказывают влияние периодическое их увлажнение и высыхание, промерзание и оттаивание. Таким образом, важным фактором образования оползней является ослабление прочности пород вследствие изменения их физического состояния под влиянием различных условий и длительного воздействия внешней нагрузки.
Третий существенный фактор образования оползней - действие на породы гидростатических и гидродинамических сил, вызывающих развитие фильтрационных деформаций. Большую роль в образовании оползней играют поверхностные и подземные воды. Существенное влияние оказывает гидростатическое взвешенное состояние пород на устойчивость откосов земляных плотин, оградительных дамб, отвалов и др. Значительную роль в образовании оползней на отдельных участках склонов и откосов играет гидродинамическое давление. При выходе подземных вод на склоне или в откосе гидродинамическое давление может вызвать оплывание пород или из разрыхление вдоль слоя или какой-то зоны под влиянием суффозии. Напорные воды в основании склона могут вызвать выпор пород или их разжижение.
Четвертым фактором является изменение напряженного состояния горных пород в зоне формирования склона или строительства откоса. В общем трещины разгрузки всегда ориентированы неблагоприятно для устойчивости склона или откоса, и поэтому по ним нередко происходят смещение пород и образование ступенчатости по склону, оползней структурного типа и обвалов.
Пятой причиной являются загрузка склонов и откосов, а также участков прилегающих к их бровкам, микросейсмические и сейсмические колебания и др. внешние статические и динамические силовые воздействия. Огромное влияние на устойчивость склонов и откосов оказывают землетрясения.
Важнейшим условием, способствующим образованию оползней, является рельеф местности. Оползни наиболее часто распространены в горных районах.
Общеизвестна приуроченность оползней к склонам и откосам определенного геологического строения. В большинстве случаев оползни распространены там, где склоны сложены глинистыми породами.
Еще одним фактором, определяющим возможность образования оползней, являются определенные гидрогеологические условия. Склоны, сложенные обводненными горными породами, с зонами постоянного или временного увлажнения, смачивания и насыщения очень благоприятны для образования оползней.
Огромное влияние на развитие оползней оказывают особенности физико-механических свойств горных пород. Главное значение имеет прочность г. п. - сопротивление сдвигу и скалыванию. Здесь нужно учитывать мин. состав и строение г. п., их физическое состояние и т.д.
Опыт показывает, что инженерная и хозяйственная деятельность человека часто сама создает условия, благоприятствующие образованию оползней. Подрезка склонов, крутое заложение откосов, нарушение поверхностного и подземного стока, уничтожение пляжей и многие др. действия человека.
Классификация оползней по механизму развития
Общепринято разделение оползней на следующие четыре основных (генетических) типа по механизму движения и строению: оползни выдавливания, к которым применим термин детрузивные, оползни скольжения, или консеквентные; оползни вязко-пластичные, или деляпсивные, известные как оползни-потоки и сплывы.
Оползни выдавливания, детрузивные весьма разнообразны, возникают в различных комплексах пород-осадочных, метаморфизованных и изверженных при соответствующем строении склона и широко распространены на платформах и в складчатых областях.
характерно:
1) залегание относительно малопрочных под скальными породами, например, глин, аргиллитов, алевролитов и других под толщей известняков, песчаников, интрузивных и эффузивных тел;
2) уменьшение прочности подстилающих пород в результате появления в них скрытых микротрещин на начальной фазе формирования зоны смещения, разуплотнения, выщелачивания и увлажнения пород, а также расчленения на блоки вышележащей скальной толщи по существующим первичным и тектоническим трещинам в результате микроподвижек выветривания;
3) возникновение очагов концентрации напряжений, величины которых превышают показатели прочности подстилающих глинистых пород из-за увеличения высоты и крутизны склона в результате эрозионного или абразионного подмыва, неотектонических неравномерных поднятий, искусственных таодрезок и пригрузок;
4) значительные объемы, длительность времени "скрытых" деформаций, затем переходящих в фазу быстрых подвижек, что затрудняет их прогноз.
Оползни скольжения, консеквентные
В слоистых литифицированных осадочных (преимущественно), в интрузивных, эффузивных и метаморфических комплексах пород с развитыми в них системами тектонических разрывов и трещин, обычно ослабленных процессами разгрузки, выветриванием и сезонным обводнением, возникают крупные оползни блокового строения, нередко спровоцированные землетрясением. В отличие от оползней выдавливания, подстилающие породы, по которым смещается массив, обладают чаще большей прочностью по сравнению с оползневым блоком. Слоистость, тектоническая трещина и иная наклонная поверхность ослабления или их сочетание создают условия, при которых по одной или нескольким из них происходит отчленение, а по другим - скольжение блоков пород и образуется консеквентный оползень. Наклон поверхности скольжения больше, чем крутизна склона, ее шероховатость, примазки, заполнитель трещин, степень увлажнения и величины напряжений существенно влияют на развитие оползней этого типа. Консеквентные оползни возникают, когда общее сопротивление сдвигу при природном нормальном напряжении на поверхности смещения, часто имеющей ломаную и ступенчатую формы, меньше суммарных (гравитационных, тектонических, гидродинамических) сдвигающих сил. Следовательно, строение склона, предопределенные им поверхности ослабления, гидрогеологические условия, увеличение крутизны склона и дополнительные пригрузки - главные факторы образования консеквентных оползней. Консеквентные оползни широко распространены в разных районах. Вязко-пластичные, деляпсивные, оползни-потоки и сплывы сложены водонасыщенными глинистыми, лёссовыми и обломочно-глинистыми массами. Весьма разнообразны как их объемы (от первых тысяч до сотен тысяч и даже нескольких миллионов кубических метров), так и скорости движения от медленных и периодически останавливающихся до быстрых (0,5-0,6 м/с). Оползни-потоки и сплывы возникают при таком увлажнении пород, их образующих, за счет дождевых, снеговых, подземных и хозяйственных вод, при котором, из-за снижения прочности обломочно-глинистых масс, они начинают двигаться как вязко-пластическое тело со значительным преобладанием деформаций сдвига, с образованием главной поверхности (зоны) смещения и нередко локальных. В фазу подготовки основной подвижки одновременно с обводнением оползнеобразующих пород происходит их выветривание и выщелачивание, способствующие общему снижению прочности, возникновению прогрессирующих мелких трещин и микродеформаций. Увлажнение неоднородных обломочно-глинистых масс на склоне (старых оползневых накоплений, делювия, элювия и др.) происходит неравномерно, и в них могут возникнуть очаги с гидростатическим давлением, которое является фактором образования оползней.
Для оползней-потоков характерно развитие на относительно пологих склонах (чаще 12-,15°), большая длина, незначительная ширина и рукавоподобность, которая обусловлена особенностями их формирования; затухание движения оползней-потоков происходит при крутизне склона 6-5°.
Оползни сложных типов. Строение, факторы и механизм развития этих оползней мало изучены. К ним следует относить оползни, обычно больших и грандиозных объемов, формируемые под воздействием многих факторов и при сложном строении высоких склонов; состояние,, свойства и механизм движения оползневых масс меняется за время основного смещения.
Механизм и динамика оползневого процесса
Механика. Оползание-это явление движения со склонов и откосов отдельных объемов горных пород или подвижно соединенных между собой их частей, образующих оползневое тело, или вязкое течение масс г. п. под влиянием указанных выше сил. Вид, способ, характер оползания масс г. п. определяют механизм оползневого процесса - механизм оползней г. п. Основным свойством механизма оползневого процесса является его определенность в части смещения, т.е. относительно перемещения одной части г. п. по другой, по поверхностям и зонам ослабления. в одних случаях происходит оползание (сдвиг) блока или блоков г. п. (структурные оползни), в других перемещение масс г. п. происходит в виде течения (пластические оползни). Бывают переходные способы перемещения масс г. п., когда отделившийся блок пород в процессе оползания разрушается, дробится, перетирается и дальнейшее его движение приобретает характер вязкого течения.
Непрерывные необратимые деформации горных пород на склонах и в откосах при развитии пластических оползней подчиняются закону д - д0=з dл / dt Скорость деформаций dл / dt прямо пропорциональна напряжению выше предельного д >д0 для пород оползневого тела. д0 - предельное напряжение сдвига, характеризует изменение сил внутреннего сопротивления породы деформациям.
Для установления механизма оползания масс г. п. необходимо иметь детальное представление о строении оползня, состояния и свойствах г. п., его слагающих, и динамике его развития.
Динамика. Следует отличать оползни современные от древних. Современные оползни связаны с современным положением базиса эрозии и уровня абразии. В динамике развития каждого оползня можно различать три этапа:
1) этап подготовки оползня, как правило, постепенного уменьшения устойчивости масс горных пород,
2) этап фактического образования оползня, как правило, сравнительно быстрой или резкой потери устойчивости массами горных пород и 3) этап существования - стабилизация оползня, восстановления устойчивости масс горных пород.
Продолжительность этих этапов в каждой конкретном случае может быть различной.
Этап подготовки может развиваться месяцами и годами, но при быстрой загрузке склона или откоса он может сократиться до нуля. Когда подготовительный этап занимает значительный отрезок времени, развитие явления происходит неравномерно. Начальная стадия развития процесса от последующей условно отделяется появлением трещин, увеличением величины и скорости смещения масс горных пород.
Этап фактического образования оползня может иметь различную продолжительность, неравномерность скорости смещения оползневого тела или отдельных локальных его частей.
Каждая новая значительная общая подвижка оползня характеризует стадию процесса, а местные подвижки - его фазы.
Этап существования оползня наступает тогда, когда оползень образовался, причины вызвавшие его образование, устранены и оползневой процесс как таковой закончился. Устойчивость масс горных пород, сползших со склона или с откоса, восстанавливается, но при новом положении в рельефе. Повышение устойчивости может происходить постепенно, плавно или скачкообразно. Дальнейшее преобразование и изменение рельефа оползневого участка происходит под воздействием других агентов денудации. Такова общая схема динамики развития оползневого процесса.
Оползни скольжения и срезания, механизм образования, примеры
Оползни скольжения, консеквентные. В слоистых литифицированных осадочных (преимущественно), в интрузивных, эффузивных и метаморфических комплексах пород с развитыми в них системами тектонических разрывов и трещин, обычно ослабленных процессами разгрузки, выветриванием и сезонным обводнением, возникают крупные оползни блокового строения, нередко спровоцированные землетрясением. Подстилающие породы, по которым смещается массив, обладают чаще большей прочностью по сравнению с оползневым блоком. Слоистость, тектоническая трещина и иная наклонная поверхность ослабления или их сочетание создают условия, при которых по одной или нескольким из них происходит отчленение, а по другим - скольжение блоков пород и образуется консеквентный оползень. Наклон поверхности скольжения больше, чем крутизна склона, ее шероховатость, примазки, заполнитель трещин, степень увлажнения и величины напряжений существенно влияют на развитие оползней этого типа. Консеквентные оползни возникают, когда общее сопротивление сдвигу при природном нормальном напряжении на поверхности смещения, часто имеющей ломаную и ступенчатую формы, меньше суммарных (гравитационных, тектонических, гидродинамических) сдвигающих сил. Следовательно,, строение склона, предопределенные им поверхности ослабления, гидрогеологические условия, увеличение крутизны склона и дополнительные пригрузки - главные факторы образования консеквентных оползней.
Консеквентные оползни широко распространены в разных районах. К ним относятся оползень 1963 г. объемом 250 млн. м3 на склоне горы Ток, на водохранилище Вайонт в Италии. Глинисто-карбонатные слоистые меловые породы вместе со старыми оползневыми массами начали смещаться по наклонной в сторону реки поверхности тонко - и толстослоистых более прочных известняков, заполнили водохранилище и надвинулись на противоположный правый берег. На завершающей части пути оползня характерным было детрузивное движение со смятием и выпором пород. Медленное движение оползня началось в 1960 г. при первоначальном наполнении водохранилищ и в дальнейшем происходило со скоростями от 0,3- (0,5 до 3,5 см в день при сниженных и высоких уровнях, вплоть до 9 октября 1963 г., когда произошла основная подвижка со скоростью до 25 м/с.
Древние и современные оползни развиты на склонах долины р. Сулак в Дагестане; в частности, в районе водохранилища Чиркей-ской ГЭС возникло несколько консеквентных оползней при землетрясении 14 мая 1970 г. объемом около 1 млн. м3. Этот оползень сформировался в межовражном гребне в слоистой толще карбонатно-глинистых меловых пород, наклоненных под углом 12° в сторону р. Сулак; разуплотнение и выветривание пород гребня снизили их прочность и подготовили смещение.
Встречаются оползни в гранитах; например, современные подвижки (1952 г.) в долине р. Храми на участке напорных водоводов ГЭС; древние в долине р. Варзоба к северу от Душанбе и в других районах. Большие блоки гранитов смещались по системе трещин, измененных выветриванием и частично обводненных.
Оползни выдавливания, факторы развития и меры борьбы. Оползни выдавливания, детрузивные весьма разнообразны, возникают в различных комплексах пород - осадочных, метаморфизованных и изверженных при соответствующем строении склона и широко распространены на платформах и в складчатых областях. Е.П. Емельянова (1972) называет их оползнями I порядка, а Г.И. Тер-Степанян - "глубокой ползучести". Для оползней выдавливания характерно:
1) залегание относительно малопрочных под скальными породами, например, глин, аргиллитов, алевролитов и других под толщей известняков, песчаников, интрузивных и эффузивных тел;
2) уменьшение прочности подстилающих пород в результате появления в них скрытых микротрещин на начальной фазе формирования зоны смещения, разуплотнения, выщелачивания и увлажнения пород, а также расчленения на блоки вышележащей скальной толщи по существующим первичным и тектоническим трещинам в результате микроподвижек выветривания;
3) возникновение очагов концентрации напряжений, величины которых превышают показатели прочности подстилающих глинистых пород из-за увеличения высоты и крутизны склона в результате эрозионного или абразионного подмыва, неотектонических неравномерных поднятий, искусственных таодрезок и пригрузок;
4) значительные объемы, длительность времени "скрытых" деформаций, затем переходящих в фазу быстрых подвижек, что затрудняет их прогноз.
Оползни выдавливания широко распространены на берегах Ангары, где интрузии траппов или толщи известняков трещиноватых залегают на менее прочных аргиллитах и алевролитах карбона. Напряжения, создаваемые весом блоков траппов, превышают прочность алевролитов, и образуется зона потенциальной ползучести, в которой при подмыве берега возникают медленные пластические деформации, переходящие в быстрые оползневые смещения. На Кавказе, в Средней Азии, Крыму, Поволжье и в других районах оползни выдавливания встречаются повсеместно, но обладают региональными специфическими особенностями в зависимости от геологического строения, напоров подземных вод, интенсивности подмыва и др.
Для оползней выдавливания характерны большие объемы, быстрые подвижки, обычно наступающие после фазы медленных смещений, и блоковое строение.
Меры борьбы: Основное воздействие мероприятий по борьбе с оползнями и по обеспечению стабильности склонов и откосов глубоких выемок должно быть направлено на главные факторы, их вызывающие:
1) изменяющим прочность пород склона (с) и 2) силовым, изменяющим напряженно-деформированное состояние массива пород склона и увеличивающим сдвигающее усилие (ф). Отношение их сумм определяет коэффициент запаса устойчивости склона
Kу = .
Удерживающие сооружения на склоне предназначаются для обеспечения стабильности склона или отдельных их частей возведением в зависимости от типа оползня различных конструкций и размеров:
1) подпорных стен, чаще бетонных или заанкерных;
2) буронабивных свай на всю мощность оползневого массива;
3) контрбанкетов в основании склона.
Повышение прочности оползневых масс:
1) методами технической мелиорации - электроосмос, обжиг и другие для водонасыщенных рыхлых глинистых и песчаных грунтов, образующих оползни-потоки и сплывы;
2) в зоне смещения путём заложения в скважинах в её пределах бетонных столбов (свай);
3) снижение влажности;
4) агролесомелиоративными методами - создание травяного покрова, посадки соответсвующей густоты кустарниковой и древесной растительности, обладающей транспирирующей способностью.
Осушение оползневых массивов в целях повышения прочности пород, снижение действующих на них взвешивающего и гидродинамического давления от грунтовых и напорных вод путём:
1) организации стока поверхностных вод;
2) устройство подземных дренажей разных конструкций (галереи, горизонтальные и откосные скважины…).
Широко применяются дренажные подземные горизонтальные галереи с пробуренными из них скважинами фильтрами для лучшего перехвата пластовых и пластово-трещинных вод; откосные дренажи в местах сосредоточенных выходов подземных вод на склонах; система из горизонтальных и пологонаклонных осушительных скважин. Могут быть эффективны подземные дренажи с сифонным сбросом собранных вод.
Оползни-потоки, факторы их образования и меры борьбы
По А.П. Павлову оползни вязко-пластичные, или деляпсивные известны как оползни-потоки и сплывы.
Данные виды оползней являются наиболее распространенными оползнями во всех районах и сложены водонасыщенными глинистыми, лессовыми и обломочно-глинистыми массами. Весьма разнообразны как их объемы (от первых тысяч до сотен тысяч и даже нескольких миллионов кубических метров), так и скорости движения от медленных и периодически останавливающихся до быстрых (0,5-0,6 м/с). Оползни - потоки и сплывы возникают при таком увлажнении пород, их образующих, за счёт дождевых, снеговых, подземных и хозяйственных вод, при котором, из-за снижения прочности обломочно-глинистых масс, они начинают двигаться как вязко-пластичное тело со значительным преобладанием деформаций сдвига, с образованием главной поверхности (зоны) смещения. В фазу подготовки основной подвижки одновременно с обводнением оползнеобразующих пород происходит их выветривание и выщелачивание, способствующие общему снижению прочности, возникновению прогрессирующих мелких трещин и микродеформаций. Увлажнение неоднородных обломочно-глинистых масс на склоне (старых оползневых накоплений, делювия, элювия и др.) происходит неравномерно, и в них могут возникнуть очаги с гидростатическим давлением, которое является фактором образования оползней.
Для оползней-потоков характерно развитие на относительно пологих склонах (чаще 12-15°), большая длина, незначительная ширина и рукавоподобность, которая обусловлена особенностями их формирования; затухание движения оползней-потоков происходит при крутизне склона 5-6°. Обычно оползни-потоки образуются в эрозионной ложбине склона, в которую смываются и где накапливаются щебнисто-глинистые массы и стекаются поверхностные и отчасти подземные воды, обусловливая повышенное увлажнение пород.
Для оползней в лессах установлена характерная особенность их развития и приуроченность к зонам тектонических разломов.
Меры борьбы: Основное воздействие мероприятий по борьбе с оползнями и по обеспечению стабильности склонов и откосов глубоких выемок должно быть направлено на главные факторы, их вызывающие:
1) изменяющим прочность пород склона (с) и 2) силовым, изменяющим напряженно-деформированное состояние массива пород склона и увеличивающим сдвигающее усилие (ф). Отношение их сумм определяет коэффициент запаса устойчивости склона
Kу = .
Удерживающие сооружения на склоне предназначаются для обеспечения стабильности склона или отдельных их частей возведением в зависимости от типа оползня различных конструкций и размеров:
1) подпорных стен, чаще бетонных или заанкерных;
2) буронабивных свай на всю мощность оползневого массива;
3) контрбанкетов в основании склона.
Повышение прочности оползневых масс:
1) методами технической мелиорации - электроосмос, обжиг и другие для водонасыщенных рыхлых глинистых и песчаных грунтов, образующих оползни-потоки и сплывы;
2) в зоне смещения путём заложения в скважинах в её пределах бетонных столбов (свай);
3) снижение влажности;
4) агролесомелиоративными методами - создание травяного покрова, посадки соответсвующей густоты кустарниковой и древесной растительности, обладающей транспирирующей способностью.
Осушение оползневых массивов в целях повышения прочности пород, снижение действующих на них взвешивающего и гидродинамического давления от грунтовых и напорных вод путём:
1) организации стока поверхностных вод;
2) устройство подземных дренажей разных конструкций (галереи, горизонтальные и откосные скважины…).
Широко применяются дренажные подземные горизонтальные галереи с пробуренными из них скважинами фильтрами для лучшего перехвата пластовых и пластово-трещинных вод; откосные дренажи в местах сосредоточенных выходов подземных вод на склонах; система из горизонтальных и пологонаклонных осушительных скважин. Могут быть эффективны подземные дренажи с сифонным сбросом собранных вод.
Оползни на склонах, сложенных однородными массивами горных пород
Это оползни сложных типов. К ним относятся оползни больших и грандиозных объемов, формируемые под воздействием многих факторов и при сложном строении высоких склонов.
Главными факторами формирования таких оползней являются непрерывное снижение прочности пород в результате выветривания и возрастающей их общей обводненности, а также гидродинамическое давление вод в зонах разломов. Если выветрелые и обводненные массивы пород крутого горного склона, подготовленные к смещению и находящиеся в состоянии, близком к предельному, подвергнутся даже слабому сейсмическому воздействию, то возникнет крупный оползень.
В Забайкалье, на Кавказе, особенно в Средней Азии, в Чехословакии и в других горных областях распространены древние и современные оползни и огромные осевшие массивы у вершин горных хребтов, в образовании которых сейсмичность являлась главным "силовым" фактором; такие смещения следует называть сейсмогенными оползнями, обвалами и осевшими массивами.
Изучение склонов и методы оценки их устойчивости
Существуют различные классификации склонов по следующим признакам:
1. по стратиграфолитологическому (региональному);
2. по генетическому, выделяются генетические типы склонов: обвально-осыпные, оползневые, делювиальные, эрозионные, солифлюкционные, десерпционные, террасированные, тектонические, сложного генезиса;
3. по возрасту;
4. по степени обводенности - необводненные, слабообводненные, сильнообводненные;
5. по высоте: очень низкие 12-15м, низкие 25-30м, средние 50-60м, высокие 100-120м, очень высокие 200-250м и сверх высокие (горные) 400-600м;
6. по крутизне;
7. по морфологии - выпуклые, вогнутые, прямые и ступенчатые;
8. по стадии развития и современному состоянию (устойчивости).
Разделяют три стадии развития склонов: стадия подготовки (создание обстановки, необходимой для возникновения на склоне оползня, обвала, курума или развала), стадия интенсивного формирования (преобладает развитие данного геологического процесса) и стадия затухания геологических процессов (когда факторы, вызывающие нарушения стабильности, в основном исчерпаны).
Методы оценки устойчивости склонов
· Методы аналогий (сравнительно-геологический, сравнительный, геологического подобия, историко-геологический) - основан на изучении геологического строения, истории формирования и закономерностей развития оползней и склонов, на установлении характерных показателей, систематизации данных и на сопоставлении их для разных существующих оцениваемых и прогнозируемых склонов.
· Метод природных аналогов (Розовский) - предполагает условие равенства критериев геологического подобия среды, действующих факторов, вида и механизма прогнозируемых процессов, а также времени их действия.
· Сравнительно-геологический метод - основан на статически обработанных данных о строении склонов и подземных водах, о типах оползней за всю историю формирования склона.
· Расчётные и экспериментальные методы - 1) позволяющие определить коэффициент запаса устойчивости Ky. Это методы Филлениуса-Терцаги, Маслова, Шахунянца, их можно назвать инженерными;
· 2) экспериментально-расчетные, основанные на предварительном определении напряженно-деформированного состояния пород склона на моделях или расчётным путем и на дальнейшем сопоставлении величин напряжений с показателями прочности пород по всему разрезу;
· 3) экспериментальные - на моделях из эквивалентынх материалов и на центрифугах, позволяющие проанализировать нарастание напряжений.
· Расчётные методы определения величин и распределения напряжений: численные, конечных элементов и вариационно-разностных.
Методы расчёта устойчивости склонов
Приближенные методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород на склонах и в откосах по поверхностям скольжения. Такие расчеты включают в себя:
1) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными породами, и 2) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами. Из этой группы методов большей известностью пользуются методы, предложенные Феллениусом, Терцаги, Вернацким, Тейлором, Фрелихом, Чугаевым, Гольдштейном, Шахунянцем, Масловым и Фисенко.
Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными горными породами. Этот метод применим для склонов и откосов, в геологическом строении которых имеются явные границы раздела в напластовании горных пород, ориентированные неблагоприятно, т.е. наклоненные к основанию склона или образованные наклонными трещинами.
Расчетная схема склона или откоса при использовании этого метода аналогична схеме расчета устойчивости оползня, имеющего наклонную поверхность скольжения с тем отличием, что на расчетном геологическом разрезе намечают не выявленную, а возможную или возможные поверхности скольжения. В остальном весь расчет устойчивости склона или откоса производят так же, как и при расчете устойчивости оползня. Для этого подготавливают:
1) обоснованную расчетную схему - детальный геологический разрез;
2) обоснованные расчетные данные;
3) обоснование момента, для которого производится расчет, т.е. наиболее неблагоприятное сочетание силовых воздействий.
Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными горными породами. В однородных изотропных породах, не имеющих каких-либо видимых границ разделов, ориентированных наклонно к основанию склона или откоса, поверхность скольжения обычно имеет вогнутую, условно круглоцилиндрическую форму. Поэтому расчет устойчивости в таких случаях обычно называют методом расчета по кругло-цилиндрической поверхности скольжения. Наиболее вероятными местами выхода этой поверхности скольжения на поверхность земли обычно являются бровка склона или откоса или часть их, приближающаяся к бровке, и их основания.
При расчете устойчивости таких склонов и откосов на геологическом разрезе радиусом произвольной длины намечают несколько поверхностей скольжения и по каждой из них проверяют устойчивость масс горных пород, ограниченных поверхностями скольжения и рельефа склона. Склон или откос можно считать устойчивым, если по каждой намеченной поверхности скольжения коэффициент устойчивости будет больше единицы.
Сущность расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами, состоит в следующем. Предполагается, что оползание пород может произойти по одной из намеченных поверхностей. Предельное равновесие масс горных пород по этой поверхности определяется равенством моментов действующих сил относительно центра вращения. Соответственно коэффициент устойчивости откоса в этом случае должен быть равен единице. Момент сил вращения, т.е. момент силы тяжести, равен произведению составляющей силы тяжести на плечо, равное радиусу. Так как угол наклона поверхности скольжения в разных ее точках неодинаков, соответственно и составляющая силы тяжести в этих точках изменяется. Поэтому момент сил вращения определяется как произведение суммы составляющих силы тяжести на радиус.
Момент удерживающих сил равен произведению суммы сил сопротивления сдвигу на плечо.
Поэтому при предельном равновесии коэффициент устойчивости откоса:
Метод расчета устойчивости склонов и откосов ВНИМИ. Этот метод разработан Г.Л. Фисенко и относится к числу сравнительно новых инженерных методов. Его основой является определенный порядок построения наиболее вероятной поверхности скольжения, при определении формы и расположения которой учитываются следующие основные положения теории предельного равновесия сыпучей среды:
1. Нарушение устойчивости склона или откоса происходит в виде оползания части слагающих их горных пород по поверхности скольжения, имеющей в однородных породах форму, близкую к круглоцилиндрической.
2. Элементарные площадки скольжения в однородных горных породах могут возникать начиная лишь с глубины, где напряжения будут не менее: у1=2ctg (45°-ц/2).
3. Вдали от бровки склона или откоса ось главных напряжений совпадает с вертикалью, при приближении к их поверхности изменяет наклон в сторону склона (откоса), а на плоских и вогнутых поверхностях склонов и откосов совпадает с ними.
4. С изменением направления главных напряжений изменяется и наклон площадок скольжения от угла (45° - ф/2) к вертикали в некотором удалении от откоса до угла (45° - ф/2) к поверхности откоса при его пересечении.
5. В однородных горных породах площадки скольжения возникают на глубине, соответствующей максимально возможной высоте вертикального откоса.
Метод Н.Н. Маслова оценки устойчивости склонов и откосов. Это один из широко известных приближенных методов, названный автором методом равнопрочного откоса или методом Fp. Равнопрочным принято называть такой откос, у которого в любом горизонтальном сечении обеспечена устойчивость слагающих его горных пород.
Зная угол сопротивления сдвигу горных пород каждого горизонта, слагающих склон или откос, и учитывая распределение напряжений от собственного веса пород, можно наметить очертание устойчивого склона или откоса.
Меры борьбы с оползнями
По назначению укрепительные и защитные инженерные, лесомелиоративные и организационно-профилактические противооползневые и другие мероприятия можно подразделить:
1. на капитальные комплексные;
2. то же, но из-за огромных объемов оползней обеспечивающие лишь временную устойчивость склона и возможность проведения строительных работ;
3. предупредительные, заблаговременные, по предотвращению катастрофических последствий;
4. экстренные, неотложные, осуществляемые в аварийном порядке после полного или частичного схода оползня.
Основное воздействие мероприятий по борьбе с оползнями и по обеспечению стабильности склонов и откосов глубоких выемок должно быть направлено на главные факторы, их вызывающие:
1) изменяющим прочность пород склона (с) и 2) силовым, изменяющим напряженно-деформированное состояние массива пород склона и увеличивающим сдвигающее усилие (ф). Отношение их сумм определяет коэффициент запаса устойчивости склона Kу = .
Подобные документы
Обоснование роли инженерной геологии для строительства железных дорог и их эксплуатации. Анализ физико-механических свойств горных пород, необходимых для проектирования и строительства. Методы определения абсолютного и относительного возраста пород.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 26.04.2010Значение инженерной геологии для строительства. Физико-механические свойства горных пород. Суть процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Классификация подземных вод, основной закон фильтрации. Методы инженерно-геологических исследований.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 26.07.2010Свойства и особенности коры выветривания, ее структура. Геологическая роль биосферы и живого вещества в земной коре. Кора выветривания и почвообразование. Элементарные процессы выветривания минералов и пород. Горные породы и их роль в почвообразовании.
реферат [49,4 K], добавлен 15.01.2009Породообразующие минералы. Магматические, метаморфические и осадочные горные породы. Их основные признаки и физические свойства. Классификация грунтов. Анализ инженерно-геологических процессов и условий территории, оценка перспективности её застройки.
учебное пособие [3,7 M], добавлен 30.05.2012Значение инженерной геологии для проектирования и строительства. Задачи, решаемые этой наукой. Происхождение, минералогический и химический составы, структура, текстура и условия залегания. Основные физико-механические показатели свойств горных пород.
контрольная работа [260,9 K], добавлен 14.07.2010Определение, характеристика, строение, состав и границы геологических сфер. Характеристика классов минералов и геодинамические процессы и явления обвалов и осыпей. Отличительные признаки пород, а также структурная форма горных пород. Поток грунтовых вод.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 28.01.2009Общее описание и характерные черты осадочных горных пород, их основные свойства и разновидности. Типы слоистости осадочных горных пород и структура. Содержание и элементы обломочных пород. Характеристика и пути образования химических, органогенных пород.
реферат [267,1 K], добавлен 21.10.2009Сущность понятия "инженерная геология". Минерал мусковит и порода сенит-порфит, супесь, мел. Условия образования и строительные свойства грунтовых отложений. Процесс просадки леса и обвала, возможные защитные мероприятия. Классификация подземных вод.
контрольная работа [59,7 K], добавлен 23.04.2010Образование магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Основные виды горных пород и их классификация по группам. Отличие горной породы от минерала. Процесс образования глинистых пород. Породы химического происхождения. Порода горного шпата.
презентация [1,2 M], добавлен 10.12.2011Классификация горных пород по происхождению. Особенности строения и образования магматических, метаморфических и осадочных горных пород. Процесс диагенеза. Осадочная оболочка Земли. Известняки, доломиты и мергели. Текстура обломочных пород. Глины-пелиты.
презентация [949,2 K], добавлен 13.11.2011
