Инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления

Деформации над горными выработками

Деформации поверхности земли могут возникать при проходке подземных выработок (штолен, туннелей, штреков), вызывающих в массиве горных пород перераспределение напряжений.

Горное давление– сила давления на крепь, вызванная движением горных пород в сторону выработки. Горное давление зависит от геологического строения района, свойств пород и глубины заложения выработки. Проявляется в виде горных ударов, выбросов пород, пучении, обрушении и сдвижении масс горных пород.

В скальных и полускальных грунтах сдвижение происходит быстро в форме обрушения, с образованием трещин и провалов.

В пластичных породах сдвижение происходит в виде плавного прогиба,  в течение длительного времени.

При чередовании пластов, когда скальные породы залегают над пластичными, вся толща работает как жесткая система, если пластичные пласты залегают над скальными, то деформация всей толщи будет пластичной.

Сдвижение пластов – деформация пород над горной выработкой.

Мульда сдвижения – участок земли, подвергшийся деформации.

Меры борьбы с деформациями

Рациональная ориентировка здания по отношению к мульде сдвижения (в центральной части мульды – осадка происходит равномерно, а на окраинах – неравномерно со значительными деформациями сооружения).

Особенности лессовых грунтов

Лессовые породы – особый петрографический тип континентальных отложений, представленные пылеватыми суглинками и супесями. Основные свойства лессов:

– сохраняют вертикальный откос в сухом состоянии и быстро размокают в воде;

– пылеватых частиц размером 0,05–0,005 мм содержится более 50 %;

– имеют пористую структуру (более 40 %);

– высокое содержание карбонатов и легко растворимых солей;

– обладают анизотропностью фильтрационных свойств (по вертикали в 10 раз больше, чем по горизонтали).

Просадочные свойства лессов проявляются при замачивании, происходит разрушение и уплотнение за счет веса самой породы и веса сооружения. Уплотнение приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания. Структура лессовых пород не одинакова по своей прочности. Выделяют два типа просадочности:

I тип просадочности – лессовые грунты разрушаются при водонасыщении и одновременной нагрузке от сооружения (мощность просадочного слоя 8-10 м).

II тип просадочности – лессовые грунты разрушаются при водонасыщении только под собственным весом (мощность – 10-25 м).

Тип просадочности определяют в полевых условиях методом штампа.

Выбор мероприятий при строительстве на лессовых грунтах зависит от типа просадочности, мощности толщи, конструкции здания:

– водозащитные мероприятия – отвод воды, гидроизоляция поверхности, предохранение от утечек;

– механические мероприятия – уплотнение, предварительное замачивание, обжиг грунтов, цементация;

– конструктивные мероприятия – повышение жесткости стен, прочности стыков, свайные основания, уширение фундамента.

Плывуны

В строительстве и горном деле плывунами называют – водонасыщенные рыхлые породы (чаще пылеватые пески), которые при вскрытии горными выработками разжижаются и ведут себя как тяжелые вязкие жидкости. Кроме песков плывунными свойствами обладают пылеватые суглинки и супеси.

Причина возникновения плывунных свойств грунтов – гидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада давления грунтовых вод при вскрытии горными выработками.

Плывуны разделяют на ложные и истинные. Ложные (псевдоплывуны) – различные пески, плывунные свойства которых проявляются при высоком гидродинамическом давлении грунтовых вод. Отличие от истинных плывунов – легко отдают воду, при высыхании образуют рыхлую массу. Истинные плывуны – глинистые пески, пылеватые супеси и суглинки, при малом градиенте, плывут за счет физически связанной воды. Отличие от ложных плывунов – слабая отдача воды, окрашенной за счет глинистых частиц в серый цвет (цементное молоко), при высыхании – сцементированная масса.

При проходке строительных выработок плывуны заполняют выработанное пространство, создают трудности при бурении. При прорыве плывунов происходят оползни, провалы поверхности, деформации зданий. Опасны подрезки склонов, вскрывающие плывуны, динамические удары и вибрация.

Для борьбы с ложными плывунами применятся следующие мероприятия: осушение котлована на период строительства (откачка при к_ф > 1 м/сутки), при малых значениях коэффициента фильтрации применяются иглофильтровые установки; изменение физических свойств плывунов (силикатизация – нагнетание жидкого стекла, цементация).

Для истинных плывунов применяют ограждение шпунтовыми стенками (шпунтовая крепь перерезает слой плывуна и принимает давление на себя), электрохимическое закрепление и замораживание (поэтапная проходка по 20–30 см в зимний период или циркуляция в скважинах вокруг котлована раствора СаCl ₂ при температуре –20–40 ºС). Применяется повышенное давление при проходке.

Вопросы для самопроверки.

1. Виды выветривания горных пород. Основные факторы физического и химического выветривания.

2. Охарактеризуйте мероприятия, необходимые для защиты горных пород от выветривания.

3. Как называются несмещенныепродукты выветривания, накапливающиеся на выровненных поверхностях и на водоразделах?

4. Как называются продукты выветривания, перемещенные под влиянием силы тяжести и смыва дождевыми водами и накапливающиеся на склонах и у их подножий?

5. Как называется ветровой снос рыхлых продуктов в результате механической силы ветра?

6. В чем заключается геологическая деятельность рек? Как образуются речные долины? Виды аллювиальных отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.

7. Как называется разрушительная работа волн? Виды морских отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.

8. Охарактеризуйте геологическую деятельность ледников. Как образуются ледниковые отложения? Виды ледниковых отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.

9. Причины возникновения болот, условия строительства.

10. Назовите причины возникновения карстового процесса, какие проявления карста вы знаете?

11. Что такое суффозия? Проявление суффозии и меры борьбы.

12 Назовите причины возникновений оползней.

13. Как называется явление, связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения?

14. Как называется участок земной поверхности, подвергшийся деформации горных пород, залегающих непосредственно над горной выработкой?

15. Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется специальными СНиП и СН. По каким принципам осуществляется строительство в этих районах?