Івано-Франківський національний технічний

Івано-Франківський національний технічний

Університет нафти і газу

О.Р. Стельмах

ІНЖЕНЕРНА ГЕОЛОГІЯ ТА ГЕОФІЗИКА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

2010

Міністерство освіти і науки України

 

Івано-Франківський національний технічний

Університет нафти і газу

Кафедра теоретичних основ геології

О.Р. Стельмах

 

ІНЖЕНЕРНА ГЕОЛОГІЯ ТА ГЕОФІЗИКА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

Для студентів напряму підготовки 6.080801 -

“Геодезія, картографія та землеупорядкування”

 

Рекомендовано методичною радою

Університету

 

 

Івано-Франківськ

2010

МВ   0206070855-3306-2010

Стельмах О.Р. Інженерна геологія та геофізика: Конспект лекцій /2-ге видання. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010.–168 с.

У конспекті лекцій наведені основні положення інженерної геології, описані екзогенні процеси та їх вплив на будівельні характеристики порід, методика інженерно-геологічних досліджень при проектуванні міст, будівель, споруд, транспортних магістралей, гідровузлів.  

Конспект лекцій складено згідно з робочою програмою дисципліни “Інженерна геологія та геофізика” для студентів напряму підготовки 6.080801 - “Геодезія, картографія та землеупорядкування”.

Конспект лекцій призначений студентам очної і заочної форм навчання вищих навчальних закладів, що проходять підготовку за напрямом підготовки 6.080801 - “Геодезія, картографія та землеупорядкування”, для самостійної роботи при вивченні дисципліни.

 

Рецензент:

Академік, доктор геолого-

мінералогічних наук, професор                          О.М. Адаменко

 

 

Завідувач кафедри теоретичних

основ геології                                                         О.Р. Стельмах

 

 

Нормоконтролер                                               Г.Я. Онуфрик

 

 

Інженер 1 категорії                                                 Н.В. Мирка

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № _ 10__ від «_ 24__»___ 02_____20_ 11_ р.)

© Стельмах О.Р., 2010

© ІФНТУНГ, 2010

МВ 0206070855-3306-2010

Стельмах О.Р. Інженерна геологія та геофізика: Конспект лекцій /2-ге видання. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010.–168 с.

У конспекті лекцій наведені основні положення інженерної геології, описані екзогенні процеси та їх вплив на будівельні характеристики порід, методика інженерно-геологічних досліджень при проектуванні міст, будівель, споруд, транспортних магістралей, гідровузлів.  

Конспект лекцій складено згідно з робочою програмою дисципліни “Інженерна геологія та геофізика”.

Конспект лекцій призначений студентам очної і заочної форм навчання вищих навчальних закладів, що проходять підготовку за напрямом 6.080801 - “Геодезія, картографія та землеупорядкування”, для самостійної роботи при вивченні дисципліни.

 

Рецензент: академік, доктор геолого-

мінералогічних наук, професор О.М. Адаменко

 

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № __ від «__»__________20_ 10 р.)

 

© Стельмах О.Р., 2010

© ІФНТУНГ, 2010

ЗМІСТ

	стор.
Вступ	8
1 ЗОВНІШНЯ ДИНАМІКА ЗЕМЛІ	10
1.1 ЕКЗОГЕННІ ГЕОЛОГІЧНІ ЯВИША І ПРОЦЕСИ	10
1.1.1 Гірські породи в будівництві	10
1.1.2 Основні екзогенні явища і процеси	10
1.1.3 Вивітрювання гірських порід	19
1.1.4 Заболочення	22
1.1.5 Робота вітру	26
1.1.6 Діяльність атмосферних вод	27
1.1.7 Робота постійних водних потоків	30
1.1.8 Діяльність морів і озер	34
1.1.9 Геологічна робота льодовиків	37
1.1.10 Лавини, обвали, осипи, зсуви, розсипи, курум	41
1.1.11 Відсідання схилів і відсіч порід	47
1.1.12 Зсуви	47
1.1.13 Сезонна і багаторічна мерзлота	61
1.1.14 Кріогенні явища і процеси	62
1.2 ПІДЗЕМНІ ВОДИ	64
1.2.1 Формування та класифікація підземних вод	64
1.2.2 Безнапірні підземні води	69
1.2.3 Напірні води	75
1.2.4 Фізичні властивості і хімічний склад	78
1.2.5 Геологічна діяльність підземних вод	79
1.2.6 Карст	81
2 ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ДЛЯ РІЗНИХ ВИДІВ ГОСПОДАРСЬКОЇ ДІЯЛЬНОСТІ	85
2.1 ПРИЗНАЧЕННЯ І ЗМІСТ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ	85
2.1.1 Завдання і послідовність виконання інженерно геологічних досліджень	85
2.1.2 Стадії проектування споруд і виконання інже-нерно-геологічних досліджень	87
2.1.3 Інженерно-геологічні умови і послідовність їх вивчення	91
2.1.4 Неоднорідність і мінливість інженерно-геоло-гічних умов територій	92
2.1.5 Категорії складності інженерно-геологічних умов	95
2.1.6 Спостереження за деформаціями мас гір-ських порід на схилах і в укосах	97
2.1.7 Систематичні інструментальні спостереження за положенням поверхневих реперів в припо-верхневих шарах гірських порід	98
2.1.8 Систематичні інструментальні спостереження за положенням глибинних реперів на різній глибині в товщі гірських порід	98
2.1.9 Спостереження за осіданням і деформаціями споруд	99
2.2 ПРОЕКТУВАННЯ І БУДІВНИЦТВО МІСТ І СЕЛИЩ	100
2.2.1 Стадії проектування міст і інженерних вишу-кувань	101
2.2.2 Головні питання інженерної геології при проектуванні і будівництві міст	103
2.2.3 Основи інженерно-геологічного районування територій при плануванні міст	106
2.2.4 Освоєння незручних територій	108
2.2.5 Склад і методика інженерних вишукувань для обґрунтування проектів планування міст	109
2.3 ЦИВІЛЬНІ І ПРОМИСЛОВІ БУДИНКИ І СПОРУДИ	113
2.3.1 Стадії проектування й інженерних вишукувань	113
2.3.2 Інженерно-геологічні дослідження для вибору будівельного майданчика	114
2.3.3 Склад і методика інженерно-геологічних дос-ліджень на стадії вибору площадки для будівництва	115
2.3.4 Вибір площадки для будівництва	117
2.3.5 Геологічні умови будівництва цивільних і промислових будинків і споруд	119
2.3.6 Особливості поводження гірських порід у підставі фундаментів будинків і споруд	120
2.3.7 Види природних основ	123
2.3.8 Визначення глибини закладення фундаментів	126
2.3.9 Прогноз осідання будинків і споруд	128
2.3.10 Геологічні умови застосування пальових фундаментів	129
2.3.11 Інженерні заходи для підвищення стійкості будинків і споруд і забезпечення нормальних умов їх будівництва й експлуатації	130
2.3.12 Склад і методика інженерних вишукувань на обраному будівельному майданчику	133
2.4 ЗАЛІЗНИЦІ Й АВТОМОБІЛЬНІ ДОРОГИ	133
2.4.1 Стадії проектування й інженерних вишукувань	134
2.4.2 Інженерно-геологічні дослідження при виборі траси дороги	135
2.4.3 Склад і методика інженерних вишукувань при виборі траси дороги	137
2.4.4 Детальні інженерно-геологічні дослідження для обґрунтування технічного проекту дороги	138
2.4.5 Склад і методика інженерних вишукувань для обґрунтування технічного проекту земляного полотна дороги	140
2.4.6 Матеріали про поширення родовищ баласто-вих і будівельних матеріалів уздовж траси до-роги для забезпечення будівництва	141
2.5 МОСТОВІ ПЕРЕХОДИ	142
2.5.1 Стадії проектування й інженерних вишукувань	143
2.5.2 Інженерні вишукування для вибору місця і траси мостового переходу	144
2.5.3 Склад і методика інженерних вишукувань для обґрунтування технічного проекту мостового переходу	148
2.6 ГІДРОТЕХНІЧНІ СПОРУДИ	149
2.6.1 Стадії проектування й інженерних вишукувань	150
2.6.2 Інженерно-геологічні дослідження для обґрун-тування схеми комплексного використання ріки	151
2.6.3 Інженерно-геологічні дослідження для обґрун-тування вибору створу проектованого гідровузла	153
2.6.4 Задачі геологічних і інженерно-геологічних досліджень для обґрунтування технічного проекту гідровузла	158
2.6.5 Споруди гідровузла	159
2.6.6 Вимоги до гірських порід основи гребель	160
2.6.7 Поліпшення властивостей гірських порід у основі споруд і на ділянках примикань гребель	162
2.6.8 Інженерно-геологічні умови територій водоймищ	163
ЛІТЕРАТУРА	167

 

Вступ

Інженерна геологія — галузь геології, яка вивчає, у зв'язку з інженерною діяльністю людини, гірські породи і геологічні процеси, що відбуваються у верхніх горизонтах і на поверхні земної кори.

У задачі інженерної геології входить також прогноз змін геологічного середовища при взаємодії з ним різних споруд під час їх будівництва і експлуатації.

Інженерна геологія тісно пов'язана з іншими науками і широко використовує їх досягнення в своїх теоретичних і методичних підходах. Найважливішими її складовими, що використовуються для обґрунтування проектів будівництва є ґрунтознавство, інженерна геодинаміка, інженерна геологія масивів гірських порід, регіональна інженерна геологія, методологія досліджень та спеціальна методика і апаратура досліджень.

Необхідність залучення геологів до будівництва виникла у середині XІX століття, коли в передових країнах Європи і Америки широкого розвитку набуло будівництво доріг, мостів, тунелів, промислових і цивільних будівель та споруд. Досвід показав, що без проведення інженерно-геологічних досліджень неможливо забезпечити надійність будівництва і ефективну безаварійну експлуатацію споруд, які стають все більш складними і дорогими.

Перші геологічні дослідження проводилися при будівництві залізниць, багато з яких перетинали райони зі складною геологічною будовою і небезпечними геологічними процесами. До досліджень залучались видатні геологи - А. П. Карпінський, Д. Л. Іванов, І. В. Мушкєтов, А. П. Павлов, В. А. Обручєв. Пізніше необхідність в геологічних дослідженнях стала відчуватися і при інших видах будівництва.

Згодом розвитку набули геологічні дослідження для гідротехнічного, транспортного, цивільного, промислового, сільськогосподарського, рекреаційного та інших видів будівництва. З кінця 20-х років ці роботи одержали назву інженерно-геологічних. У 1932р. в Московському геолого-розвідувальному інституті була створена перша в світі кафедра інженерної геології, яку очолив Ф.П. Саваренський. З початку 30-х років видаються методичні керівництва, інструкції і навчальні посібники з інженерно-геологічних досліджень (І. В. Попов і ін.). У 1937 р. вийшов підручник Ф.П. Саваренського «Інженерна геологія».

У числі визначних сучасних вчених у області інженерної геології слід назвати І. В. Попова, В. А. Приклонського, Н. В. Коломенського, П. Н. Панюкова, Н. Я. Денисова, Б. М. Гуменського, а за кордоном К. Терцаги, Ф. Дальтона, К. Скотта, Ф. Лея (США), К. Крауфорда, Р. Лежже, Ж. Хержета (Канада), Б. Денне, Д. Сміта, Д. Пріка (Англія), К. Люїса, М. Арнольда (Франція), Ф. Грубе, Р. Вольтера (ФРН), Л. Бьєррума (Норвегія), Ж. Скопека, Ж. Рубара (Чехословакія), Д. Стефановича, С. Слімана (Югославія), Д. Бранагана (Австрія), X. Ніні, Е. Ронка (Фінляндія) і ін.

В даний час ніяке будівництво неможливе без інженерно-геологічного обґрунтування проектів. Тому організації, які проводять нове будівництво та здійснюють ремонти і реконструкцію споруд, як правило, мають проектно-дослідні підрозділи, що виконують необхідні дослідження. Вони розв'язують практичні задачі з допомогою теорії і методів інженерної геології.

 

ЗОВНІШНЯ ДИНАМІКА ЗЕМЛІ

Вивітрювання гірських порід

 Вивітрюванням називаються процеси зміни гірських порід під сумісною дією води, кисню, вуглекислоти, організмів і коливань температури. Повітря, вода і організми проникають в породи по порах, тріщинах і порожнинах, викликаючи температурні зміни в породах, не опромінюваних Сонцем безпосередньо.

Глибина проникнення в породу агентів вивітрювання залежить від ступеня тріщинуватості породи, розкриття і глибини тріщин. Область активного сучасного вивітрювання розповсюджується на глибину 5—100 м і більше. Вивітрювання охоплює великі глибини при сильній тектонічній подрібненості і тріщинуватості гірських порід в зонах розломів (зсувів, скидів), замках антикліналей, перегинах флексур і взагалі у місцях ендогенних розтягувань товщ порід. Товщина древньої кори вивітрювання вимірюється десятками, а в окремих випадках і сотнями метрів. Іноді древня кора вивітрювання перекрита молодшими відкладами.

В результаті інженерної діяльності людини вивітрювання може охоплювати різні глибини — від часток метра до сотень і тисяч метрів, наприклад при проходці тунелів, шахт.

Найсильніше вивітрювання проявляється в приповерхневій зоні, де полегшений доступ агентів вивітрювання. З глибиною процеси вивітрювання поступово слабшають і затухають. Тому в області вивітрювання виділяються, починаючи від поверхні, наступні зони: 1) глинисто-піщана, сильно змінена процесами вивітрювання; 2) щебениста; 3) глибова; 4) монолітна; 5) не зачеплена вивітрюванням, найглибша (рис. 1.1).

       

 

Рис. 1.1 - Зони вивітрювання: 1—глинисто-піщана; 2—щебе-ниста; 3—глибова; 4—моноліт-на; 5—порода, не зачеплена вивітрюванням

Рис. 1.2 - Розщеплення пісковику корінням дерев

У розрізі шару, схильного до вивітрювання можуть бути присутні не всі зони, оскільки верхні з них можуть зрізатися денудацією (змив, розвівання).

Процеси вивітрювання протікають при одночасній участі різних агентів, але роль їх звичайно неоднакова. За характером дії на гірські породи розрізняють вивітрювання фізичне, хімічне і біологічне (органічне).  

Фізичне вивітрювання виражається переважно в механічному дробленні породи. Породи дробляться в результаті нерівномірного розширення і стиснення різних мінералів при температурних коливаннях, а також внаслідок замерзання води в тріщинах. Збільшення об'єму при перетворенні води в лід приводить до розриву кристалічних зв'язків між частинками породи. Фізичне вивітрювання переважає в місцевостях з сухим різко континентальним (пустелі) або холодним (високі гори і плоскогір'я, тундра, арктичний пояс) кліматом. Хімічні і біологічні процеси в цих районах виражені відносно слабо.

Хімічне вивітрювання набирає велике значення у теплому і помірно вологому кліматі разом з фізичним та супроводжується біологічним. Вода, пара, вуглекислота і ґрунтові кислоти діють як розчинники, кисень повітря — як окислювач. Ці хімічні реагенти беруть участь в розщеплюванні гірських порід, реакціях обміну і заміщення. При цьому утворюються вторинні мінерали, розчинні у воді (хлориди, карбонати, гіпс і сульфати) і нерозчинні глинисті (гідрослюди, монтморилоніт, каолініт). В результаті накопичуються потужні товщі глинистих порід алюмосилікатного складу (аліти, сіаліти, гідроаргіліти, латерити, боксити).

Біологічне вивітрювання, тобто роль організмів в комплексі вивітрювання всіх видів найбільш виразно виступає в областях з вологим (гірські ліси) і особливо з вологим теплим і жарким кліматом (вологі субтропіки Кавказу, тропічні ліси). Коріння дерев розщеплює міцні скельні гірські породи (рис. 1.2) на значну глибину. Різні риючі тварини викопують нори і свердлять навіть тверді породи. Рослини і тварини, особливо мікроорганізми (бактерії, мікроби, грибки) і нижчі (водорості, мох, лишайники), виділяють кислоти і соки, що хімічно взаємодіють з гірськими породами. Біологічному вивітрюванню належить провідна роль в утворенні ґрунтів, верхні горизонти яких збагачені живими організмами і продуктами їх розпаду.        

Сприяючи подрібненню і хіміко-мінералогічному перетворенню гірських порід, вивітрювання полегшує дію на породу всіх інших агентів денудації — вітру, рухомих вод, льоду і снігу. Уламки порід і подрібнені або розчинні мінерали легше відірвати від масиву і винести у вигляді суспензій (муті, пилу) або в розчині. Продукти, що залишилися на місці, називаються корою вивітрювання, а у верхній найбільш перетвореній зоні — елювієм. Послаблюючи, руйнуючи або перетворюючи структурні зв'язки, вивітрювання робить гірські породи менш міцними, погіршуючи будівельні властивості останніх.

При проектуванні будівель і споруд на елювії або корі вивітрювання як на основі сильно ослаблені породи вирізають або зміцнюють, ущільнюючи, цементуючи їх та ін. Крутизну схилів виїмок призначають, враховуючи міцність порід елювію і кори вивітрювання, можливість зміни її після розкриття масиву виробкою і, відповідно, відслонення нових поверхонь. Елювій неоднорідної будови і складу, в якому по простяганню і глибині розрізу часто чергуються ділянки глинистого (суглинистого) і жорствяно-піщаного матеріалу, не рекомендується укладати в тіло земляних споруд щоб уникнути створення місць скупчення вологи в піску і жорстві серед непроникного для води глинистого матеріалу.

Заболочення

Болотом називається надмірно зволожена ділянка земної поверхні, перекрита шаром торфу товщиною не менше 30 см у не осушеному стані, а з покривом моху не менше 60 см і в осушеному стані не менше 20 см. При товщині всіх болотяних утворень до 2 м болота вважаються дрібними, від 2 до 4 м — середніми, а більше 4 м — глибокими.

Заболочування тих або інших ділянок земної поверхні може відбуватися внаслідок зменшення водопроникності ґрунту або погіршення умов випаровування вологи, поверхневого стоку і дренажу води. У малій западині рельєфу або на абсолютно рівній поверхні вододілу, схилу і тераси річкової долини в результаті місцевого зволоження поселяється сфагновий мох. Жадібно поглинаючи вологу з атмосфери і атмосферні опади внаслідок своєї гігроскопічності, він поступово розростається, утворюючи верхове болото (рис. 1.3 а). Постійно вологий сфагновий мох перегниває повільно. Його стебла довго зберігають міцність на розрив. Верхові болота, суцільно заповнені стійким торфом, за будівельною дорожньою класифікацією називаються болотами першого будівельного типу. Такий торф під впливом зовнішнього навантаження переважно стискається, але не видавлюється. Перед зведенням насипу торф стійкої консистенції на глибину 1—2 м вирізають. Величину стиснення торфу, що залишився під насипом, розраховують за даними випробування на компресійне стиснення в лабораторії (Вказівки по проектуванню земляного полотна залізних і автомобільних доріг — СН 449-72).

Низинні болота (рис. 1.3 б) виникають при поступовому накопиченні перегнилих залишків очерету, хвощів, осоки і пухівки в улоговині, куди притікають води зі схилів або поступають ґрунтові води, а також шляхом заростання і заторфовування поверхневих водоймищ або водотоків з повільною течією за рахунок розвитку біля берегів і на мілководді болотяної рослинності (рис. 1.3 в). Різновидами низинних боліт є заплавні болота, що формуються в старицях і при заторфовуванні заболочених ділянок заплави. До низинних відносяться ключові болота, що утворюються біля джерел, мочарів і взагалі біля виходів ґрунтових вод на схилах. При розташуванні у верхній або нижній частинах схилу, ключові болота називаються висячими.

Органічна речовина відмерлих рослин і тварин та кислоти, що виділяються ними, взаємодіють з породами дна болота і стінок водоймища. При цьому протікають хімічні реакції відновлення, обміну і заміщення, які змінюють мінеральний склад порід. На дні улоговини і водоймища з'являються закисні сполуки заліза, тобто йде процес оглеєння глинистих осадових порід. Падаючі на дно тонкі глинисті і органічні частинки утворюють рихлі породи — сапропелі і болотяні намули, насичені водою. Над ними залишки рослин, перегниваючи, утворюють торф, що поступово заповнює всю улоговину. Вода перестає поступати на поверхню болота, яка починає одержувати вологу з атмосфери за рахунок сфагнового моху. Так над низинним поступово наростає верхове болото (рис. 1.3 г).

Сапропелі, болотяний намул і добре перегнилий низинний торф, насичений водою, легко видавлюються під впливом навіть невеликого навантаження. Тому низинні болота, суцільно заповнені торфом та іншими болотяними відкладами, за будівельною класифікацією відносяться до більш несприятливого другого типу. На болотах другого типу глибиною до 3 м насипи, незалежно від їх висоти, повинні бути відсипані на мінеральне дно і підноситися над поверхнею болота не менше ніж на 0,8 м.

При заростанні водоймища, озера часто утворюється кірка (сплавина) із слабо перегнилих залишків рослин (рис. 1.3), на дні накопичуються болотяний мул, сапропелі, а між кіркою і донними відкладами ще залишається вода. Сплавинні болота найбільш несприятливі для будівництва і відносяться до третього будівельного типу. Насипи на цих болотах повинні бути зведені на мінеральному дні, причому плаваюча торф'яна кірка залишається під насипом або заздалегідь віддаляється. Якщо сплавина не видалена, шар насипного ґрунту повинен бути не менше 3 м для достатнього обтискання торфу вагою самого насипу.

Найбільш сприятливі для будівництва болота з рівним горизонтальним або слабо похилим дном. При значному нахилі дна болота можливе нерівномірне осідання не вирізаних болотяних відкладів під насипом або зрушення насипу по нахилу основи.

Важливою характеристикою торфу, що враховується при класифікації боліт і в будівництві, є ступінь розкладання, від неї залежить міцність торфу. Ступінь розкладання визначають візуально по таблиці в лабораторії по ГОСТ 10650—65 «Торф. Метод визначення ступеня розкладання».

 

 

Рис. 1.3 - Види боліт за походженням (будівельні типи):

а — верхове болото (перший будівельний тип); б — низинне болото (другий будівельний тип), перекрите верховим болотом (болото змішаного типу); в — болото, що утворюється при заростанні озера, заповнене мулом і водою, має торф'яну кірку (третій будівельний тип); г — схема поступового заростання водоймища. 1 — сфагновий торф з пеньками сосни; 2 — пухівково-сфагновий торф; 3 — осоковий і лісовий торф; 4 — шейхцерієво-сфагновий торф; 5 — гипновий торф; 6 — прісноводий мергель; 7 — сапропеліт; 8 — сапропелевий торф; 9 — очеретяний торф; 10 — очеретяний торф; 11 — хвощовий торф; 12 — осоковий торф; 13 — осоково-вербовий торф; 14 — лісовий торф; 15 — включення сапропелю; 16 — торф сплавини; 17 — мул; 18 — суглинок і супісок; 19 — суглинок з піщаними прошарками; 20 — глина; 21 — вода

Робота вітру

Вітер піднімає в повітря пил, а на висоту в декілька метрів також пісок і навіть гравій. Пісок і гравій, що переносяться вітром, перетирають, свердлять і обточують гірські породи. Цей процес називається коразією. В результаті на поверхні породи утворюються своєрідні виїмки, стільники, вікна, виступи, піраміди та інші форми мікрорельєфу. Вітри видувають улоговини, борозни і траншеї в солончаках, пилуватих суглинках (лесах) і пісках. Такий процес називається дефляцією. Дефляція — частий процес на степових ґрунтових дорогах, де утворюються поглиблення і навіть каньйони. Піднятий в повітря пил (частинки розміром 0,05—0,1мм, іноді дрібніше) вітри переносять і відкладають на новому місці у вигляді покривів, які плащеподібно перекривають вододіли, схили і тераси. При цьому можуть утворитися досить потужні товщі (у десятки і сотні метрів) еолового (вітрового) лесу, наприклад в деяких районах Китаю. Дрібніші пилуваті і глинисті частинки часто злипаються в грудочки (агрегати). Вітер не в змозі підняти ці грудочки в повітря, але поступово перекочує їх. Біля місцевих перешкод (кущів, горбиків) наростають пологі пагорби і горби суглинного матеріалу, що мають різні розміри.

Пісок, що утворився на місці при вивітрюванні і коразії пластів пісковиків і конгломератів або викинутий на берег хвилями моря і озера або водами річки під час паводків, при постійних вітрах поступово роздувається і сортується.

Фракції піску розміром 0,05—0,25 мм переносяться по повітрю або перекочуються вітром, а крупніші частинки залишаються на місці. Перевіяний пісок утворює піщані горби, дюни і бархани (рис. 1.4). Висота дюн досягає 300 м, барханів —20—30 м і більше.

Бархани — найбільш рухомі форми піщаного рельєфу, створеного вітром (еолового рельєфу). Їх важко закріпити, тоді як інші піщані еолові форми при регулюванні випасу худоби поступово заростають і задерновуються. Це пояснюється тим, що бархани виникають в місцевості, де постійно дмуть сильні вітри (піщані пустелі Кизил-Кум, Кара-Кум). Склад барханних пісків переважно кварцовий, тобто в них мало живильних речовин для рослин.

Рухомі форми пісків часто утворюються поблизу оазисів унаслідок вирубки саксаулу і непомірного випасу худоби. До пожвавлення пісків нерідко призводять також рух транспорту і робота землерийних машин.

Рухомі піски небезпечні тим, що можуть засипати дороги, канали та інші інженерні споруди. Для боротьби з рухомими пісками застосовують поверхневе закріплення пісків рослинністю (фітомеліорація) і цементуючими речовинами (бітумом, цементним розчином, полімерами), утворюють різні загороди. Іноді проектують так звані «без акумуляційні» форми споруд, що полегшують пропускання рухомого піску і не дозволяють йому накопичуватися в межах споруди (на насипі, у виїмках).

Рис. 1.4 - Бархан в розрізі (а) і в плані (б); стрілкою показаний напрям вітру

 

Діяльність атмосферних вод

Тонкі струмені дощової або талої води, стікаючи по схилах, захоплюють частинки піску, пилу і глини і відкладають їх у підошві схилу або в місцях, де він стає більш пологим. Площинний змив називається абляцією, а утворені ним відклади – делювієм. За складом делювій як переміщений матеріал звичайно відрізняється від підстиляючих порід. Переважно делювій — це глина, суглинок, пісок, тоді як схил може бути складений сланцями, пісковиками та іншими не дуже твердими скельними породами. Делювій залягає по всьому схилу або тільки в його нижній частині у вигляді шлейфу, що товщає донизу. Нахил поверхні цього шлейфу більш пологий, ніж самого схилу.          

З цівок води, що зливаються, виникають тимчасові потоки, що розмивають породи схилу, унаслідок чого з'являються яри. У яру розрізняють гирло, ложе і вершину. Яр росте вершиною вгору по схилу. Особливо швидко розвиваються яри в пісках і лесах при сильних зливах або при прориві води з водоймищ або каналів. Риюча діяльність води називається ерозією. При паводках стінки ярів в багатьох місцях обвалюються. Вода відносить цей твердий матеріал і робиться каламутною. Після виходу гирла яру на рівнину або до річки цей матеріал відкладається віялоподібно, утворюючи конус виносу.

Зростання ярів іноді може загрожувати земляному полотну, будівлям і спорудам. Виноси з яру можуть занести розташовані тут споруди.

Тому на схилах в місцях можливого утворення ярів проектують водовідведення і заліснення, а якщо яр вже виник — зміцнення ґрунтів його русла і берегів, ступінчасті водоскиди і плоти на дні яру для припинення розмиву і ослаблення сили потоку.

Тимчасові водні потоки в гірській місцевості називаються селями. Розрізняють два види селів: турбулентні, які несуть небагато уламкового матеріалу, і грязьово-кам’яні, де вміст твердого матеріалу може бути досить значним. Селі, особливо другого виду, відрізняються великою руйнівною силою.

Для утворення селів необхідні три умови: накопичення рихлих продуктів вивітрювання, зливові дощі і значні нахили поверхні стоку, що властиве гірським безлісим схилам. Утворенню селів сприяють також сейсмічні явища і танення льодовиків у високогірній області.

Часто в горах схили не заліснені і складені породами, що легко-вивітрюються: сланцями, пісковиками і конгломератами. Унаслідок різких коливань температури протягом доби і в річному циклі на схилах поступово накопичуються рихлі продукти вивітрювання: глини, суглинки, пісок, жорства, щебінь, гравій, галечник, уламки і глиби скельних порід, що відділилися від масиву по тріщинах. Злива змиває цей матеріал спочатку в дрібні промоїни, потім в основне русло селя, одночасно потік розмиває береги і дно русла. В результаті він збагачується твердим матеріалом.

Селі є звичні в горах Кавказу, Закавказзі, частково в Криму, Карпатах.

У селів розрізняють площу водозбору (область живлення), канал стоку (зону транзиту) і конус винесення (область накопичення) відразу за гирлом каналу. У області водозбору в основне русло каналу стоку впадає багато дрібніших ярів, вершини яких врізаються в породи схилів в різних напрямках. Область водозбору може розташовуватися на десятки, сотні і навіть тисячі метрів вище за конус. Стікаючи з великих висот, потік здобуває значну енергію. Якщо на шляху його зустрічаються перешкоди у вигляді глиб і ущелин, сила селю різко зростає при короткочасному накопиченні рухомої водної і грязьової маси, що долає перешкоду. Сила селю тим більша, чим більша площа водозбору, кількість опадів, що випали при одній або декількох наступних зливах, різниця висот селевого басейну і конусу винесення, а також тривалість накопичення продуктів вивітрювання після передуючого селю. На конусі винесення сель розсіюється. Біля самого гирла (горловина конуса) відкладається найгрубіший, а в міру віддалення від вершини конусу все більш тонкий матеріал, який переноситься слабшими струменями води, що розтікаються по конусу. Цей матеріал називається пролювієм. Пролювій утворює лесові конуси виносу.

 

Діяльність морів і озер

Моря займають 71% поверхні земної кулі і омиваючи сушу виконують величезну роботу. Її характер неоднаковий в смузі прибою, області шельфу, на материковому схилі, ложі океану і в глибоководних западинах. Ці частини моря мають різні глибини. Водні маси їх рухаються неоднаково. Їх населяють різні організми.

На морські береги впливають хвилі прибою, приливи, відливи і течії. Прибій підточує береги і поступово вирівнює майданчик, званий абразійною терасою (рис. 1.7).

Якщо море біля берега неглибоке, розмитий матеріал відкладається під водою біля абразійної тераси і нарощує її в ширину. Після того, як хвилі навіть в сильні шторми вже не досягають краю високого берега, абразія припиняється і берег піддається руйнуванню іншими процесами (вивітрювання, розмив). Якщо море біля берега глибоке або коли течії відносять

 

 

Рис. 1.7 - Утворення терас на березі моря. 1, 2, 8 — різні положення відступаючого берега; 4 — абразійна тераса; 5, 6, 7 — акумулятивна тераса, що росте у море

 

розмитий матеріал від місця руйнування, абразійна тераса наростає протягом довгого часу і може досягати значної ширини. При піднятті берега абразійна тераса разом з ним і сама може піддатися прибійному підточуванню і підробці. Опускання берега спричиняє вироблення хвилями нової берегової лінії. В обробці берегів замерзаючих морів беруть участь також і крижини, які викидають на берег хвилі. На гірські породи берегів діють різні риючі і свердлячі морські тварини мілководої смуги і сама вода як хімічний реагент.

Море не тільки руйнує, відносить, але і відкладає гірські породи. У смузі прибою — це продукти абразії і матеріал, що виноситься в море річками, за складом переважно галька, гравій і пісок. Вони формують пляжі, берегові вали, коси, пересипи, дюни. При опусканні і піднятті берега в бухтах, лагунах і лиманах відкладаються намули. У області шельфу відкладається тонший матеріал — піски, алевроліти, тонкий мул. На глибинах від 0 до 200м мешкає багато рослин і тварин. Їх залишки накопичуються на дні й утворюють органогенні породи кременистого і вапнякового складу (коралові і черепашкові вапняки). На великих глибинах відкладаються намули різного складу. З них утворюються глини, діатоміти, вапняки. До складу багатьох з цих порід входять скелети і мушлі найдрібніших морських і донних організмів. Відкладаються і хімічні осади, що виділяються з розчину морської води.

Більше 95% об'єму всіх осадових гірських порід земної кори морського походження. Підняття суші вивело частину їх на поверхню землі з дна моря. Тут з морських осадових порід в результаті вивітрювання та інших екзогенних процесів утворилася й значна частина континентальних осадових порід.

У роботі озер багато спільного з роботою морів. Озера — це закриті водоймища, що безпосередньо не сполучаються з морями і океанами. Величина їх різна. Найбільшими з озер є Каспійське і Аральське, які за свої розміри названі морями. Озерні улоговини утворилися різними шляхами. У Байкалу і Ладозького озер — це тектонічні западини, Каспійське і Аральське моря — залишки древніх морів, відрізані від океану підняттям суші. Улоговини багатьох озер утворені ерозією, льодовиками, карстовими процесами або загачуванням річкових долин при обвалах. Подібно до морських, озерні води руйнують гірські породи на берегах і утворюють хвилеприбійні ніші і абразійні тераси. Вітри зганяють хвилі до берегів озера, а зміни атмосферного тиску викликають підняття рівня води біля одного берега і одночасне опускання рівня іншого. З'являються стоячі хвилі, звані сейшами. Ці коливання рівня води в озері сприяють розподілу продуктів озерної абразії на берегах і по дну водоймища. Утворюються пляжі, берегові вали, дюни. У озерах з прісною водою відкладаються галька, гравій, піски, намули і глини. У солоних озерах, крім того, випадають хімічні осади — хлориди і сульфати натрію, магнію і кальцію, карбонат натрію (сода).        

У морських і озерних відкладах нерідко зустрічаються відбитки і залишки викопної фауни і флори. За ними визначають відносний вік порід (біостратиграфічний метод). Вивчення органічного життя минулого Землі одночасно з вивченням складу і будови відкладів дозволяє визначити фаціальну (географічну) обстановку, в якій відбувалося накопичення осадів. Це дозволяє відновити природні умов і клімат віддалених геологічних епох, тобто провести палеогеографічні і палеокліматичні реконструкції. При цьому використовують аналогії з процесами, що відбуваються на Землі в сучасний період.