Экзогенные процессы и вызванные ими явления

Выветриванием называются процессы разрушения и изменения состава горных пород, происходящие под воздействием воздуха, воды, льда, колебаний температуры, жизнедеятельности живых организмов. Выветриванию подвергаются не только природные горные породы и минералы, но и искусственные строительные материалы – стены и фундаменты зданий, подземные и наземные строительные конструкции, коммуникации, трубопроводы и т. д.

Наиболее активно процессы выветривания наблюдаются в верхней части земной коры, на контакте с атмосферой (газы, дождь, снег, лед, колебания температуры). В зависимости от характера агентов выветривания выделяют: физическое (механическое), химическое и биологическое выветривание.

Физическое выветривание – это механическое разрушение горных пород без изменения их минералогического состава. Его главными причинами являются: резкие изменения температуры, механическое действие замерзающей воды, механическая сила ветра, в том числе с ударами песчинок, переносимых ветром, кристаллизация солей в капиллярах. В результате этих воздействий монолитная порода превращается в глыбы, щебень, дресву, песок.

Химическое выветривание – это разрушение и изменение минералогического состава горных пород под воздействием воды, кислорода, углекислого газа, органических и минеральных кислот.

Различают следующие процессы химического выветривания: растворение солей; гидратацию – присоединение воды (переход ангидрита в гипс сопровождается увеличение объема до 30 %); окисление (наиболее интенсивно идет выше уровня грунтовых вод, т. е. в зоне аэрации); гидролиз – преобразование полевых шпатов в глины.

По устойчивости к выветриванию различают три типа минералов: высокоустойчивые, среднеустойчивые и неустойчивые (прил. 5).

Биологическое выветривание проявляется в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений (разрушение горных пород корнями растений, моллюсками-сверлильщиками, а также лишайниками, и мхами, поглощающими из горных пород различные элементы и концентрирующих их в своей биомассе).

Скорость выветривания зависит:

– от климатического пояса;

– от размера зерен (крупнозернистые выветриваются быстрее, чем мелкозернистые);

– от состава, слагающих породу минералов (полиминеральные быстрее, чем мономинеральные);

– от генезиса пород (наиболее устойчивы: интрузивные – граниты, диориты, габбро, ультраосновные). Менее устойчивы эффузивные, метаморфические и осадочные породы. Самые мощные коры развиваются по тектоническим нарушениям.

Элювий – несмещенныепродукты выветривания, накапливаются на выровненных поверхностях, и на водоразделах (еQ).

Коэффициент выветрелости рассчитывается по формуле:

                                        К _wr = ρ_в /ρ_нв),                                             (1)

где ρ_в – плотность выветрелого грунта; ρ_нв – плотность невыветрелого грунта. Скальные грунты в соответствии с ГОСТ 25100-2011 подразделяют: К _wr  ≤ 0,9 – слабовыветрелые, К _wr ≤ 0,8–0,9 – средневыветрелые, К _wr < 0,8 – сильновыветрелые.

Коры выветривания – надежные основания для строительства (за счет остаточных связей в минералах). Однако быстро теряют свои свойства при промерзании-оттаивании и при обводнении (элювиальные глины набухают при увлажнении и происходит усадка при высыхании).

При производстве строительных работ и эксплуатации объекта следует соблюдать следующие меры борьбы: не допускать простоя котлованов; защитные покрытия на поверхности горных пород (гудрон, бетон, цемент, глина); пропитка различными материалами (жидкое стекло для укрепления песков, гудрон – для щебня, глина для песков); нейтрализация химической активности воды, отвод воды; не доводят котлованы до проектной отметки, выветрившийся слой снимают непосредственно перед укладкой фундамента.

Агрессивное воздействие грунтовых вод и коррозионная активность грунтов (выше УГВ в зоне аэрации) на фундаменты и подземные коммуникации нейтрализуют применением сульфатустойчивых цементов и гидроизоляцией их поверхностей, различного вида покрытиями.

Геологическая деятельность ветра

Разрушительная работа ветра заключается в процессе корразии и дефляции.

Корразия (сдирание) – процесс механической эрозии, обтачивания, истирания, шлифования и высверливания массивов горных пород движущимися массами обломочного абразивного материала, перемещаемого ветром. Песчинки, переносимые ветром разрушают горные породы, в результате чего образуются останцы в виде столбов, грибообразные формы, качающиеся камни.

Дефляция (выдувание) – ветровой снос рыхлых продуктов. Ветер переносит частицы во взвешенном состоянии глинистые, пылеватые, тонкие пески. Песчаные частицы переносятся ветром по поверхности перекатыванием. Перенос песков и их аккумуляция образует дюны, барханы (подвижные пески). Усиление деятельности ветра возникает вследствие вырубок леса, кустарников, нарушения почвенно-растительного слоя.

Борьба с подвижными песками заключается в закреплении склонов растительностью и химическими методами (битуминизация, цементация и пр.), установке щитов и заборов от заносов (зимой вдоль дорог от снега), планировке территорий, проектировании «безаккумулятивных» форм сооружений, пропускающих движущийся песок.

Нагрузка ветра влияет на высотные сооружения – раскачивание.

Геологическая деятельность атмосферных осадков

В деятельности текучих вод различают три этапа: разрушение (размыв), перенос продуктов разрушения, переотложение (аккумуляцию).

Движущаяся вниз по склону вода производит разрушение горных пород, которое называется эрозией (лат. – размываю, разрушаю). Различают два вида эрозии: площадной (плоскостной) смыв, и линейную эрозию, при которой происходит врезание в глубину.

Площадный смыв (площадная эрозия) – происходит перемещение элювиальных осадков вниз по склону и их переотложение на склоне (возникновение делювиальных отложений).

Делювий (dQ) – продукты выветривания, перемещенные водными потоками, накапливающиеся на склонах и у их подножия, состав – суглинки со щебнем и дресвой. Цвет – бурый, коричневато–бурый.

Пролювий (рQ) слагает конуса выноса (понижения, примыкающие к склонам), часто за счет селей.

Овраг –вытянутое понижение рельефа на склоне, образованное струйчатой эрозией (долина для временных водотоков).

Условия образования: ливневые осадки, наличие толщи легко размывающихся пород (песчано-глинистые грунты), отсутствие растительного покрова.

В овраге различают устье, ложе и вершину. Овраг растет вершиной вверх по склону. Предельная отметка, до которой возможен размыв – местный базис эрозии (река, в которую впадает временный водоток). Длина оврагов – от первых метров до десятков километров, глубина – до 20–30 м. По мере врезания, сечение оврага вначале имеет V-образную форму, а при достижении профиля равновесия, его сечение приобретает U-образную форму. В дальнейшем размыв засыхает, дно оврага становится плоским, овраг зарастает и превращается в балку.

Для замедления или прекращения процесса оврагообразования проводятся:

– лесомелиоративные мероприятия(лесозащитные полосы, регулирующие поверхностный сток);

– посев трав на склонах оврагов;

– строительство водорегулирующих сооружений;

– укрепление участков активного размыва – бетонирование, засыпка и др;

– распашка только параллельно склонам.

Сель – кратковременный разрушительный поток, перегруженный грязекаменным материалом. Объем массы достигает десятков миллионов куб. м. Различают зоны селей: площадь водосбора, канал стока и район конуса выноса. Различают грязекаменные, грязевые и водно-каменные потоки. Причинами возникновения селей являются ливневые дожди, бурное снеготаяние, спуск горных озёр, землетрясения и деятельность человека (подрезка склонов).

Предупреждающими мерами борьбы с селями являются наблюдение, прогнозирование, отвод воды, укрепление склонов растительностью. Защитные противоселевые мероприятия – устройство селерегулирующих и селенаправляющих сооружений (пропуск в обход или вдоль защищаемого объекта), селеотстойников (дамбы).

Снежные лавины – обрушение массы снега с горных склонов с крутизной от 15^о до 50^о (падающие и соскальзывающие). Подразделяются на мокрые (снег с водой в весенний период) – скорость 20–50 км/час, и сухие (временное потепление, образование наста и дальнейшее накопление снежных масс) – скорость – 100 км/час. Сопровождаются образованием разрушительной воздушной волны.

По характеру движения снежные лавины подразделяются: осовые – снежные оползни на склонах южной экспозиции большой площадью; лотковые – сходят узкой полосой; прыгающие – падают с обрыва в долину.

Причины возникновения лавин – накопление осадков, разница температур, землетрясения, звуковые колебания, горнолыжники. Защитные мероприятия: террасирование склонов, посадка леса, направляющие подпорные стенки, дороги в галереи, обстрел козырьков.