Негативные воздействия суффозии на объекты промышленного и гражданского строительства

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Общая геология»

на тему: «Суффозионные явления»

 

Специальность: 21.05.02

Выполнил: студент группы С-ПГ-20-2

Сивцев Дмитрий Михайлович

Проверил: Пуляев Николай Анатольевич

 

Якутск 2020 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 3

1 Суффозионные явления. 4

2 Негативные воздействия суффозии на объекты промышленного и гражданского строительства 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 11

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 12

 

ВВЕДЕНИЕ

 

При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, называют суффозией.

Различают два вида суффозии - механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные); при химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения.

Суффозионные явления

 

При фильтрации подземная вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, называют суффозией.

Различают два вида суффозии — механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные); при химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения.

При одновременном действии этих двух видов суффозии иногда применяют термин — химико-механическая суффозия. Такая суффозия может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное цементирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы.

Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды. Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии. Взвешивание частиц происходит при критическом напоре, который можно определить по формуле:

где — плотность породы (песка); — пористость породы, доли единицы.

Гидродинамическое давление, г/см3, действующее по касательной к депрессионной кривой дренируемого потока, определяют по формуле

где — плотность воды; n — пористость, доли единицы; I — гидравлический уклон (градиент).

Суффозия наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом. Песок состоит из частиц различного размера — больших и малых. Большие частицы создают структурный каркас породы. Поры достаточно велики и через них под действием фильтрующейся воды свободно проходят мелкие частицы (глинистые, пылеватые). Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора .

Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли.

В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев, когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше 2. Характерными являются пустоты лессовых пород, в частности, на контакте с подстилающими их кавернозными известняками-ракушечниками. Размер пустот иногда достигает нескольких метров. Такие небольшие пещеры развиты, например, на склонах долины р. Темерник в г. Ростов-на-Дону (рис. 124). Развитие пещер нередко сопровождается провалом поверхности земли, повреждением зданий и подземных коммуникаций.

Следует отметить, что в лессовых породах суффозия развивается не только на контактах, а и в самых толщах, образуя так называемый глиняный, или лессовый, карст). Развитие пустот начинается с ходов землемеров при условии возникновения в них турбулентных завихрений фильтрующей воды. Порода разрушается и образуются пустоты размыва.

Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется также вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий — формировании воронок депрессии, колебаниях 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 или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

В откосах строительных выемок суффозионный вынос частиц приводит к оседанию поверхности, образованию провалов, воронок, оползней. Например, в районе Волгограда многие оползни связаны с суффозионным выносом песка грунтовыми водами. На орошаемых землях дельт Терека и Сулака (Прикаспий) за счет инфильтрации воды и перепада ее скоростей на границе супесчано-суглинистых отложений с озерно-аллювиальными трещиноватыми глинами образуются крупные провалы, разрушается оросительная сеть, магистральный канал.

Химическая суффозия может проходить длительное время и выщелачивает не только карбонаты и другие, сравнительно легко растворимые вещества, но и кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что при малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды, при повышении давления начинается суффозия. Для выявления этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии. Эту работу проводят в лабораторных и полевых условиях.

При проектировании объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки, определять величину и характер протекания суффозной осадки (). При этом следует определять ВСЮ суммарную величину вертикальной деформации засоленного основания, которая складывается из осадки, вызванной уплотнением. грунтов от нагрузки объектов и суффозионной осадки.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует учитывать:

• в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40 % осадка практически не проявляется;

• наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов;

• величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний засоленных грунтов статической нагрузкой (штампом) после длительного замачивания.

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим строительным нормам и правилам. 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 непроницаемых завес;

• отсыпка на основании грунтовых подушек из песка или суглинков;

• предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового основания;

• искусственное закрепление массива грунта методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).

Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вила грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений. С суффозией следует активно бороться. Основой всех мероприятий является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или присыпкой песка; устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации, применением особых видов фундаментов, например, свайных.

Негативные воздействия суффозии на объекты промышленного и гражданского строительства

Суффозия представляет собой широко распространенный и опасный для строительства экзогенный геологический процесс. В результате суффозионного разрушения горных пород ухудшаются их прочностные и деформационные характеристики, а также увеличивается проницаемость. Когда испытавшие суффозионное разрушение породы находятся в зоне взаимодействия с каким-либо инженерным сооружением, это может привести к его деформированию.

Еще большая опасность - такие суффозионные проявления, как оползни, оседания и провалы, если они непосредственно контактируют с неподготовленными к этому конструктивными элементами зданий и сооружений. Применительно к суффозии можно говорить о принципиальной возможности если не всех, то подавляющего большинства известных деформационных воздействий на сооружения, возводимые в сложных инженерно-геологических условиях.

При проектировании, строительстве и эксплуатации объектов необходимо учитывать возможность их взаимодействий с суффозионными процессами. Здесь могут наблюдаться четыре ситуации: влияние на объект суффозии природного происхождения; взаимовлияние объекта и техногенной суффозии, обусловленной его функционированием; взаимовлияние объекта и техногенной суффозии, вызванной функционированием другого объекта; влияние объекта на суффозию, не вызывающее ответной реакции для этого и для других объектов. Легче всего предусмотреть первую из перечисленных ситуаций, труднее - третью, а цель проектирования - создание четвертой.

1 - очень низкая опасность, не накладывающая ограничений на строительство; 2 - низкая опасность, требующая незначительного удорожания строительства; 3 - средняя опасность со значительным удорожанием строительства; 4 - высокая опасность, делающая строительство проблематичным.

Количественные критерии оценки существующей суффозионной опасности для строительства объектов промышленного и гражданского назначения

Взаимодействие суффозионных процессов с объектами промышленного и гражданского строительства нередко приводит к серьезному ущербу и даже к катастрофическим последствиям. Так, образовавшийся в 1983 г. в г. Кургане суффозионный оползень спровоцированный утечками из водонесущих коммуникаций, вызвал разрушение жилого дома и гибель людей.

В 1986 г. в одном из предместий г. Бразилиа массовое провалообразование, обусловленное такой опасной разновидностью суффозии, как подземная эрозия, привело к разрушению более 50 жилых домов и собачьего питомника. Восточных штатах США связанная с карстом суффозия, вызванная эксплуатацией подземных вод и сопровождающаяся образованием провалов, начиная с 1940-х гг. постоянно разрушает жилые и промышленные здания, объекты инфраструктуры. Только в 1980 г. ущерб от разрушения товарного склада в г. Россвилл (штат Джорджия) составил 1,4 млн. дол.

Более 100 зданий в одном из жилых районов Еревана испытали в 1970-х гг. деформации в результате химической суффозии, причем некоторые из них пришли в аварийное состояние и были снесены. Несмотря на приведенные выше и другие известные факты, есть все основания полагать, что основной ущерб, обусловленный суффозией, связан не столько с крупными авариями и катастрофами, сколько с практически постоянными или периодически повторяющимися мелкомасштабными негативными воздействиями техногенных суффозионных процессов на объекты, например с разрушением асфальтовых покрытий.

Необходимо также отметить одно парадоксальное обстоятельство: суффозия нередко представляет собой побочный результат применения мероприятий по защите от других экзогенных геологических процессов. Естественно, при этом снижается эффективность инженерной защиты, и возникают новые непредвиденные проблемы. К сожалению, довольно часто встречаются сопровождаемый провалообразованием суффозионный вынос пород в поврежденные противооползневые дренажные штольни и подземная эрозия, активно развивающаяся на контакте пород с конструктивными элементами берегозащитных сооружений и приводящая к их разрушению. Отмечается также образование суффозионных полостей и провалов при замачивании лессовых пород, используемом в качестве противопросадочного мероприятия, и формирование устойчивых суффозионных каналов в цементном камне, заполняющем карстовые полости.

Оценить суффозионную опасность можно на основе информации о поверхностных проявлениях суффозии. Для этого вполне приемлемы некоторые принципы, применяемые в инженерном карстоведении. На рис. представлена основанная на одном из таких принципов схема для ориентировочной оценки суффозионной опасности в тех случаях, когда имеются данные о поверхностных суффозионных проявлениях. При выборе граничных значений плотности поверхностных суффозионных проявлений автор статьи руководствовался критериями, предложенными для выделения зон экологического кризиса и риска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Борьба с химической и механической суффозией ведется главным образом с целью максимального ослабления фильтрации воды через карстующиеся породы. Таким путем удается предупредить или замедлить карстовые процессы. Однако при наличии местности с уже развитым карстом борьба с ним оказывается сложной, и в таких случаях проектировщики стараются обходить опасные участки.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Гвоздецкий Н.А. Проблемы изучения карста и практика. М., Мысль, 1972.
2. Соколов Д.С. Основные условия развития карста. – М.: Госгеолтехиздат.1962. – 322
3. Рычагов Г. И. Общая геоморфология. — М., Издат. МГУ, 2006, — 416с

В.Н. Малков, Е.И. Гуркало, Л.Б. Монахова, Е.В. Шаврина, В.А. Гуркало, Н.А. Франц.

1. https://bashcave.iip.net/mapes/raion_e.htm
2. https://www.nordspeleo.ru/cca/kipp/index.htm