A.Тема 3. Карст
При растворении и выщелачивании поверхностными и подземными водами известняков, доломитов, мергелей, гипсов, ангидритов, калийных и натриевых солей, мела на поверхности земли образуются воронки, провалы, а в толще горных пород – пустоты, каналы, пещеры. Все образовавшееся таким образом поверхностные и подземные формы называются карстом.
Карст возникает в тех районах, где распространены практически растворимые в воде горные породы. В соответствии с этим различают карст карбонатный, сульфатный, соляной, карст мела. Различные поверхностные карстовые формы: кары, воронки, слепые балки и овраги, карстовые желоба, котловины, понижения (поля), зияющие отверстия (поноры), открытые гроты, входы в пещеры, а также карстовые останцы.
Условия образования карста
1. Наличие растворимой в воде горной породы.
2. Наличие трещиноватости этих пород и области выносы.
3. Наличие движущейся воды.
4. Растворяющая способность воды.
1.Б. Механизм оползневого процесса
Оползание – это явление движения со склонов и откосов отдельных объемов горных пород или подвижно соединенных их частей, образующих оползневое тело или вязкое течение масс горных пород под влиянием гравитационных сил. Вид, способ, характер оползания масс горных пород определяют механизм оползневого процесса или механизм оползания горных масс. Основным свойством механизма оползневого процесса является его определенность в части смещения (сдвига), т.е. относительно перемещения одной части горных пород по другой по поверхностям и зонам ослабления. Изучение оползней показывает, что в одних случаях происходит оползание (сдвиг) блока или блоков горных пород (структурные оползни) в других перемещения масс горных пород происходит в виде течения, подобно вязкой жидкости (пластические оползни). Выделяют определенные механизмы оползания горных пород и соответственно виды и разновидности оползневых явлений. При этом следует заметить, что скорость перемещения масс горных пород, так же как и ее характер (установившийся, неустановившийся, возрастающая, затухающая) характеризует только динамику и вид процесса и как правило влияет на сам механизм оползания. При образовании всех видов оползневых сдвигающие усилия должны преодолевать внутреннее сопротивление пород к сдвигу. Для установления механизма оползания необходимо иметь детальное представление о строении (структуре) оползней, состоянии и свойствах горных пород, слагающих оползневое тело и динамики его развития.
2.А. Причины развития карста
Для того, чтобы коррозионный карстовый процесс получил развитие необходима определенная причина нарушения химического равновесия между действующими водами и растворяющимися породами.
2.Б. Динамика любых геологических процессов, в том числе и оползневых характеризуется определенными закономерностями их развития во времени. При рассмотрении закономерностей развития оползней как процессов и явлений, связанных с историей геологического развития данной местности следует в первую очередь отличить оползни современные от древних. В соответствии с этим в 1946 г Поповым была предложена важная принципиальная схема, отражающая общие закономерности динамики развития оползней.
Схема подразделения оползневых явлений по возрасту (И. В. Попов)
| Возраст оползней | Вид оползней | Состояние равновесия масс горных пород |
| Современные, отвечающие современному положению базиса эрозии и уровню абразии | Движущийся | Процесс установления равновесия продолжается |
| Приостановившийся | Действие силы, вызывающей нарушение равновесия временно уравновешена факторами устойчивости | |
| Остановившийся | Силы, нарушающие равновесие временно устранились | |
| Закончившиеся | Действие силы, вызывающей нарушение равновесия, исчерпано | |
| Древние, не отвечающие современному положению базиса эрозии и уровню абразии | Открытые | Оползневое тело выходит на поверхность |
| Погребенные | Оползневое тело перекрыто поздними отложениями |
В динамике развития оползней можно различать три этапа:
1. этап подготовки оползня. Как правило, постепенного уменьшения устойчивости масс горных пород.
2. этап фактического образования. Как правило, сравнительно быстрой и резкой потерей устойчивости масс горных пород.
3. этап существования. Стабилизация оползня. Восстановления устойчивости масс горных пород.
Наблюдения на действующих оползнях показывают, что после значительной подвижки оползня коэффициент его устойчивости обычно возрастает и наступает новое состояние равновесия масс горных пород. Если при этом коэффициент устойчивости будет больше 1, наступит остановка движения оползня. А если коэффициент меньше 1, оползень продолжит движение.
3.А. Геохимия карстового процесса
Основные породообразующие минералы практически растворимых горных пород имеют кристаллическое строение. Их растворение в воде состоит в переходе ионов кристаллической решетке минералов в воду под влиянием собственных колебательных движений ионов и притяжения составных молекул воды.
3.Б. Оползни весьма разнообразны по размерам, строению, причинам образования и условиям образования. В 1903 г Павлов подразделял оползни деапсивные (соскальзывающие) и дитрузивные (толкающие). К первому типу относятся оползни, у которых движение масс горных пород начинается в нижней части склона, а затем и в вышележащей. У дитрузивных движение масс горных пород начинается в верхней части склона.
Классификация Богдановича 1911 г. Выделил оползни первого порядка, захватывающие ранее не смещавшиеся породы. Оползни второго порядка возникают в теле ранее образовавшего оползня.
По Саваренскому. Он классифицировал оползне по структуре (строению): асеквентные, консеквентные…
1931 г Нифатов классифицировал оползни по типам движения масс горных пород, характера их смещений и морфологическим признакам их движений.
1939 г Радионов выделил 1)консистентные, когда нарушение устойчивости масс горных пород связано с изменением консистенции глинистых пород; 2) суффозионные, когда нарушение устойчивости масс горных пород на склонах обусловлено развитием суффозионных процессов при выходе подземных вод на поверхность у основания склона; 3) структурные, когда нарушение устойчивости масс горных пород на склоне происходит в виде смещения по наклонным поверхностям напластования.
1956 г Золотарев классифицировал оползни по их строению и масштабу явления. 1. Смещение массивов скальных пород (очень крупные). 2. Оползни-блоки, смещение блоков, преимущественно глинистых и полускальных пород. 3. Оползни-потоки, образующиеся при раздроблении смещающихся пород. 4. Сплывы, т.е. поверхностные смещения глубиной от 2 до 5 м, происходящие при увлажнении атмосферными осадками. 5. Оползни-оплывы, небольшие и неглубокие (2-3 м). 6. Оползни-срывы, небольшие по площади и глубине смещения.
4.А. Условия, способствующие развитию карста
Климат и рельеф местности, петрографические особенности карстующихся пород, условия их залегания, степень трещиноватости, раздробленности и разрушенности тектоническими движениями. Современные тектонические движения – инженерная и хозяйственная деятельность человека.
4.Б. Инженерно-геологическая оценка устойчивости оползня
Оценка должна быть комплексной, должна основываться на данных изучения морфологии, строения (структуры оползня), обводненности слагающих его горных пород, Их физико-механических свойств, сопутствующих геологических процессах и явлениях. Динамика развития оползней, соотношение усилий (сдвигающих и удерживающих).