ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫНА ТЕРРИТОРИИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
Геологические процессы - это совокупность эндогенных и экзогенных геологических процессов.Эндогенные геологические процессы (гр. еndon - внутри +...генный) - процессы, обусловленные главным образом внутренними силами (внутренней энергией) Земли (тектонические, вулканические и др.). Экзогенные геологические процессы (гр. ехо - вне, снаружи + генный) - процессы, происходящие на поверхности Земли, в самых верхних частях литосферы, и обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (солнечная радиация и др.), силой тяжести, жизнедеятельностью растений и животных, деятельностью подземных и поверхностных вод, хозяйственной деятельностью человека.
Крупнейшие формы рельефа – горы и равнины образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие (речные долины, холмы, овраги др.), наложенные на более крупные формы, - за счет экзогенных процессов.
Эндогенные процессы представлены медленными вертикальныеми колебательными движениями с вертикальной составляющей и землетрясениями. Исследованиями института геологии Саратовскою госуниверситета была установлена Поволжская зона повышенной сейсмической активности. Землетрясения происходят периодически, их интенсивность различна, но, как правило, не велика. Например, в 1983 году в районе г. Нефтегорск было зафиксировано 5-балльное землетрясение, позже в г. Самара и на юге области были отмечены толчки интенсивностью 2-3 балла. Считается, что это отголоски землетрясений, эпицентры которых находится на расстоянии 2-3 тыс. км от территории СО.
В настоящее время основная роль в преобразовании рельефа СО принадлежит эрозионным процессам – смыву и размыву верхнего слоя земной коры текучими дождевыми и снеговыми водами. Интенсивность эрозионных процессов зависит от многих причин. Наряду с климатическими факторами (скорость снеготаяния, повторяемость ливней) на размыв и смыв почв, на скорость роста и густоту оврагов оказывает влияние характер рельефа (абсолютная и относительная высота местности, крутизна склонов), состав грунтов, почв и растительности, а так же хозяйственная деятельность человека.
В нашей области наиболее подвержена водной эрозии почва в возвышенных районах, где сильно расчленен рельеф и выпадает больше осадков.
Развитию эрозии и росту оврагов нередко способствует сам человек. Неправильно проведенная борозда вдоль склона или незасыпанная канава нередко служат началом будущего оврага, который может за год удлиняться от 10 до 80м. Во время сильных ливней прирост оврага может составлять более чем 30 м. Крупные овраги имеют протяженность более 10 км.
В значительно меньшей степени по сравнению с поверхностными текучими водами влияют на изменение поверхности СО подземные воды, с которыми связаны современные процессы, преобразующие рельеф. К ним относятся карстовые, суффозионные и оползневые явления.
Оползни
С деятельностью подземных вод и отчасти вод, протекающих по поверхности и просачивающихся вглубь пластов, связаны оползни. Они возникают на крутых склонах речных долин и балок при наличии особых гидрогеологических условий, когда водоносный и водоупорный (обычно глинистый) пласты наклонены в сторону долины. В этом случае после снеготаяния или ливней насыщенные водой верхние песчано-глинистые толщи начинают скользить по водоупорному глинистому слою в сторону реки или балки. В результате образуются циркообразные углубления. Оползни развиты вдоль крутых обрывов правого берега Волги и других местах по склонам оврагов, прорезающих глинисто-песчаные отложения. Особенно подвержены обрушению берега Куйбышевского водохранилища. Ниже приведены основные типы образующихся там оползней.
Фронтальный тип характеризуется вытянутой по простиранию формой. Они образуются в относительно однородных по составу, жестких породах кровли, подстилаемых водоупорными пластичными глинами. В процессе оползания вовлекаются очень крупные блоки, которые двигаются по цилиндрически закруглённой поверхности. Вследствие этого блоки не разрушаются, а запрокидываются, образуя крупные продольные валы – гривы. Этот подтип встречается к северу от Подвалья и у Шиловки.
Потокообразный тип формируется в том случае, если выходы грунтовых вод приурочены к подошве надоползнего откоса. Поэтому формируется более пологий профиль ложа оползня и большая линейная протяжённость. Типичные примеры этого типа оползней можно видеть у Ульяновска, у сёл Мордово, Буераки, Шиловка.
Смешанный тип характеризуется тем, что происходит формирование на уже существующем оползне оползня другого типа. Например, на оползне фронтального типа может образоваться свежий циркообразный оползень. Такие оползни можно видеть южнее Новодевичьего, у Мордово и т.д.
Просадочные явления
Широко распростронены на территории г. Самары и Самарской области лессовые грунты, которые обладают просадочными свойствами..
Просадочность — явление, связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или же при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения. Просадка обычно сопровождается уплотнением грунта по вертикали и частичными боковыми смещениями, что приводит к просадке дневной поверхности и деформации возведенных сооружений. Просадочность грунта оценивают величиной относительной просадочности εsl, которую можно определить по данным компрессионных испытаний с подачей (при различных давлениях) воды в одометр.
Условно грунт считают просадочным при εsl > 0,01. Величина εsl в значительной степени зависит от действующего давления. При малом давлении обычно εsl < 0,01, т. е. грунт можно считать практически непросадочным. В зависимости от величины просадки в условиях действия собственного веса грунта при замачивании лессовые грунты подразделяют на два типа:
I тип — просадка от собственного веса грунта отсутствует или не превышает 5 см, II тип — просадка от собственного веса превышает 5 см.
Просадочные свойства I типа грунтов с глубиной снижаются и постепенно грунты переходят в непросадочные. В грунтах II типа просадочность сохраняется почти на всю лессовую толщу более или менее в одинаковых пределах.
Просадочный процесс возникает лишь при некотором минимальном для данного грунта давлении. Это давление назвали «начальным просадочным давлением» (Рsl).
На территории г. Самары просадочные грунты наиболее распространены в Советском, Промышленном, Ленинском и др. районах.
Суффозия
Суффозия – вынос грунтовыми водами из горных пород мельчайших минеральных частиц (механическая суффозия) в результате чего происходит оседание залегающих выше пород и образование различных понижений на поверхности земли.
Явление суффозии обычно наблюдается в долинах рек и на склонах со значительным уклоном потока грунтовых вод. Суффозионные понижения чаще всего имеют вытянутую форму и пологие задернованные склоны. Они обычно служат ложбинами для стока поверхностных вод, тем самым предопределяя направление эрозионного размыва, и по их днищам закладываются свежие овраги.
Если на склонах развиваются суффозионные ложбины, то на плоских равнинах, сложенных рыхлыми песчано-суглинистыми толщами, образуются блюдцеобразные западины диаметром от 5 до 3м и глубиной около 1 м.
Суффозионные (псевдокарстовые) провалы известны на западе Сызранского района, на участках выхода палеоценовых песчаников. Размеры провальных воронок до 10 - 15 м, глубина до 5 м. Образование их связано с вымыванием рыхлых песков и последующим обрушением перекрывающих песчаников.
Техногенно - суффозионныепровалы наиболее распространены, и хотя они не связаны с карстовыми явлениями, механизм их образования идентичен. Например, провал во дворе клуба 1905 года (Самара) произошел вследствие обрушения перекрытий старого, забытого, заасфальтированного колодца. Большое количество провалов образуется во время аварий на водосодержащих коммуникаций, так в 2011г. произошло образование провальной воронки по ул. Победе в г. Самаре.
Основными условиями развития механической суффозии являются:
· неоднородность гранулометрического состава песчаных грунтов, при которой возможен вынос мелких частиц из песчаной толщи;
· критическая величина вымывающих скоростей фильтрационного потока;
· наличие условий для выноса мелких частиц на дневную поверхность в основаниях склонов, строительных котлованах, различных выемках и т. д.
Карст
Развитие карстовых процессов студенты наблюдают на экскурсии, проводимой по территории Центрального парка.
Под карстом следует понимать совокупность геологических процессов и явлений, вызванных растворением подземными и (или) поверхностными водами горных пород и проявляющихся в образовании в них пустот, нарушении структуры и изменении свойств.
Карстовый процесс сопровождается размывом пород, суффозией, деформациями поверхности земли и оснований зданий и сооружений (провалы, оседания, воронки), изменением свойств грунтов покрывающей толщи, формированием особого характера циркуляции и режима подземных и поверхностных вод и специфического рельефа местности.
К районам развития карста следует относить территории, в пределах которых распространены водорастворимые горные породы (известняки, доломиты, мел, гипсы, ангидриты, каменная соль и т.п.) и имеют место или возможны поверхностные и (или) подземные проявления карста.
Основные районы развития карста на территории Самарской области расположены в междуречье Сока и Самары и на территории Самарской Луки. На Сокско-Самарском междуречье насчитывается более 500 карстовых воронок разных размеров, сосредоточенных в основном, вдоль реки Волги в районе населенных пунктов Старо- и Ново-Семейкино. В районе Старо- и Ново-Семейкино встречены карстовые воронки глубиной до 10,0м.
На территории Самарской Луки карст представлен воронками и пещерами вблизи населенных пунктов Гаврилова Поляна, Бахилова Поляна, Винновка, а также в Аскульском овраге. Карбонатные породы здесь сильно трещиноватые, закарстованые и местами разрушены до доломитовой муки.
На небольших участках проявления карста отмечены вдоль р. Сок (населенные пункты Преображенка, Зеленый, Малиновка, Радаевка, Боровки, Сергиевка), в междуречье р. Самары и р.Чапаевки (села Воскресенка и Каменный Брод), а также р. Чапаевки и р. Иргиз (села Березовый Гай, Красноармейское, Волчанка, Падовка, Михайло-Овсянка). Участки с линейным развитием карстовых образований отмечены в Клявлинском районе Самарской области.
При камеральной обработке материалов исследований следует осуществлять инженерно-геологическое районирование территории по условиям, степени и характеру развития. При районировании должны использоваться установленные по результатам изысканий категории устойчивости территорий относительно карстовых провалов по интенсивности провалообразования в соответствии с таблицей 6.1 и по средним диаметрам карстовых провалов в соответствии с таблицей 6.2.
Таблица 6.1
| Категории устойчивости территории относительно интенсивности образования карстовых провалов | Интенсивность провалообразования (среднегодовое количество провалов на 1 км2 территории (случаи/км2 в год) |
| I | Свыше 1,0 |
| II | св. 0,1 до 1,0 |
| III | св. 0,05 до 0,1 |
| IV | св. 0,01 до 0,05 |
| V | до 0,01 |
| VI | Провалообразование исключается |
| Примечание: К шестой категории устойчивости относятся территории, на которых возникновение карстовых провалов земной поверхности невозможно (из-за отсутствия растворимых горных пород или благодаря наличию надежной защитной покрывающей толщи нерастворимых водонепроницаемых или скальных пород). |
Таблица 6.2
| Категории устойчивости территории относительно средних диаметров карстовых провалов | Средние диаметры карстовых провалов, м |
| А | Свыше 20 |
| Б | св. 10 до 20 |
| В | св. 3 до 10 |
| Г | до 3 |
Показатели интенсивности провалообразования определяются:
- по данным стационарных наблюдений (по результатам систематической регистрации случаев образования провалов и локальных оседании на определенной площади);
- по данным наземного обследования местности, сопровождающегося сбором сведений о ранее образовавшихся провалах и локальных оседаниях, дешифрированием аэрофотоснимков разных лет и применением различных методов определения возраста существующих карстовых воронок;
- по аналогии с другими карстовыми участками, находящимися в сходных геологических и гидрогеологических условиях и характеризующихся той же степенью закарстованности.
Оценку устойчивости территории рекомендуется осуществлять с применением «метода удаленности от ближайшего соседнего поверхностного проявления карста».
К очень неустойчивым, согласно СНиП 22-02-2003, относят территории I категории устойчивости, к неустойчивым - II категории, к недостаточно устойчивым - III категории, к несколько пониженной устойчивости - IV категории, к относительно устойчивым - V категории.
При отсутствии карстовых провалов за последние 50 лет территория может рассматриваться как карстово-неопасная, т. е. устойчивая - VI категория и проекты ее застройки следует выполнять как для некарстовых районов.
На территории, отнесенной к очень неустойчивой (I категория), строительство зданий и сооружений не рекомендуется. Строительство на территориях II - V категорий устойчивости допускается только с применением противокарстовых мероприятий.
Инженерно-геологическая обстановка для многоэтажного строительства в Самаре и Самарской области далеко не идеальна. Фактически большая часть горных пород, как города, так и области относится к карстовым. По условиям залегания и характеру рельефа развит подтип равнинного карста в горизонтально залегающих породах.
На территории города Самары имеются многочисленные примеры образования современных карстовых проявлений и “оживление” древних его форм. Карстовые поля, отдельные воронки, провалы и связанные с техногенным карстом деформации зданий зафиксированы как старой части города, так и в Железнодорожном, Октябрьском, Промышленном, Кировском, Красноглинском районах. По самарскому водораздельному склону обособленные карстовые участки расположены в районе Лесопарка у пос. Яблонька, между проспектами Юных Пионеров и Карла Маркса, ниже улиц Клиническая и Верхнекарьерная.
Противокарстовые мероприятия
Противокарстовые мероприятия следует предусматривать при проектировании зданий и сооружений на территориях, в геологическом строении которых присутствуют растворимые горные породы, имеются карстовые проявления на поверхности и (или) в глубине грунтового массива.
Противокарстовые мероприятия должны:
- предотвращать активизацию, а при необходимости и снижать активность карстовых и карстово-суффозионных процессов;
- исключать или уменьшать в необходимой степени карстовые и карстово-суффозионные деформации грунтовых толщ, или, наоборот, способствовать стабилизации условий строительства ускорением карстовых деформаций;
- предотвращать повышенную фильтрацию и прорывы воды из карстовых полостей в подземные помещения и горные выработки:
- обеспечивать возможность нормальной эксплуатации территорий, зданий, сооружений, подземных помещений и горных выработок при допущенных карстовых проявлениях.
В качестве основных противокарстовых мероприятий при проектировании зданий и сооружений следует предусматривать:
- устройство оснований зданий и сооружений ниже зоны опасных карстовых проявлений;
- заполнение карстовых полостей;
- искусственное ускорение формирования карстовых проявлений;
- создание искусственного водоупора и противофильтрационных завес;
- закрепление и уплотнение грунтов;
- водопонижение и регулирование режима подземных вод;
- организацию поверхностного стока;
- применение конструкций зданий и сооружений и их фундаментов, рассчитанных на сохранение целостности и устойчивости при возможных деформациях основания.
На территории Самарской области при современном строительстве наиболее распространен метод химического закрепления грунтов под фундаментами зданий и сооружений для защиты их от всевозможных осадок с помощью высокопроизводительного оборудования и современных инъекционных растворов. С успехом применяются буронабивные сваи при строительстве в непосредственной близости от жилых и производственных зданий. Использование установок вращательного бурения позволяет погружать сваи диаметром до 1500 мм на глубину до 25 м.
В условиях плотной городской застройки появилась возможность использования шпунтового крепление котлованов, а также устройство стены в грунте методом буроинъекционных или буронабивных свай. Таким образом, строить без риска можно и на карстовых породах, правильно выбрав технологию усиления фундамента.
По результатам исследований установить предполагаемую категорию устойчивости территории относительно карстовых провалов по интенсивности провалообразований в соответствии с таблицей 6.1 и по средним диаметрам карстовых провалов в соответствии с таблицей 6.2, используя дополнительно карту районирования г. Самара (рис. 5.1)
Рис. 5.1. Схема районирования инженерно-геологических процессов г. Самары
Задание студентам
Для тех, кто пишет главу в Отчет - следует выполнить краткий конспект всех процессов; распечатать и раскрасить схему (рис. 5.1) и описать территорию Загородного парка или сквера «Солнечный» согласно следующего порядка:
1) рельеф;
2) имеющиеся обнажения горных пород;
3) выходы подземных вод на поверхность (при обнаружении таковых) – есть в сквере «Солнечный»;
4) проявления понижения земной поверхности - территория Загородного парка рядом с дорожкой к колесу обозрения;
5) составить схему расположения выявленных понижений земной поверхности - территория Загородного парка и карстовых провалов - сквер «Солнечный» (озера);
6) схематично зарисовать и определить размеры и формы понижений земной поверхности - территория Загородного парка;
7) определить средние и максимальные диаметры провалов и их среднюю глубину - сквер «Солнечный» (озера, глубиной 2 и 3 м);
Для всех студентов в Дневнике описать территорию Загородного парка или сквера «Солнечный» и ответить на вопросы.
1. Какой процесс называется суффозионным?
2. Какой процесс называется карстовым?
3. Какие породы относятся к карстующимся?
4. Какие карстующиеся породы можно встретить на территории Самарской области?
5. Какие существуют формы подземного и поверхностного карста?
6. Привести примеры противокарстовых мероприятий.