Инженерная геодинамика

      Формы развития карста и  их влияние на инженерно-геологические  условия

      Формы развития карста делятся на поверхностные  и подземные. Среди них можно выделить кары – борозды выщелачивания, карстовые воронки, карстовые пещеры. Всем известна Кунгурская пещера на Урале, однако и а нашей зоне имеются такие - Баскунчакская длиной 732 м.

      Характерной чертой являются замкнутые овраги.

        
 
 
 

      Встречаются также мульды проседания, которые образуются над карстовыми пещерами и имеют размеры до сотен метров.

        
 
 

      Карстовые полости сопровождаются также разломами  поверхности  земли – это трещины длиной иногда до нескольких километров.

      Вполне  понятно, что карстовые процессы и вызванные ими явления – мульды оседания, разломы и прочее очень осложняют инженерно-геологические условия.

      Главные проблемы в карстовых  районах следующие:

      1. Возможность провалов различных  сооружений в карстовые пустоты.  Примеров очень много и за рубежом и у нас. Проваливаются целые дома и другие сооружения. Автомобильный мост в Уфе.

      2. Деформация зданий на участках  разломов, мульды оседания и т.д. (Примеры Уфа, Дзержинск, г.  Кунгур, Соль-Илецк, Паневежис).

      3. Возможность утечек из водохранилищ в обход платин через закарстованные породы.

       Например, в  Испании была построена арочная  плотина высотой 72 м на закарстованных известняках. После окончания строительства  оказалось, что водохранилище заполнить  нельзя, т.к. вода стала уходить по закарстованным породам. 
 
 
 

      Меры  борьбы с карстом:

      1. Планировка территорий для отвода  поверхностных вод с закарстованных участков, чтобы прекратить поступление воды и остановить растворение пород.

      2. Дренаж подземных вод – с  той же целью, по отношению  к подземным водам.

      3. Устройство противофильтрационных завес – цементация, битумизация. Этим отводятся подземные воды и увеличивается прочность пород.

      4. Обрушение кровли карстовых пустот и заполнение их глинистыми грунтами – на дорогах, при строительстве трубопрорводов.

      5. Устройство опор глубокого заложения  с опиранием на незакарстованные породы (сваи, колонны).

      6. Конструктивное усиление зданий  и сооружений. 

      Суффозия

      Суффозией называется подземный размыв горных пород фильтрующейся водой и  вынос мелких частиц. В отличие от карста, здесь нет растворения, т.е. это процесс механический.

      Условия образования:

      1. Неоднородность породы, при которой  возможно передвижение более  мелких частиц среди более  крупных и их вынос. В основном  разно зернистые пески.

      2. Высокие градиенты потока, которые вызывают высокие скорости движения подземных вод.

      3. Наличие области выноса – выхода  водоносного горизонта на поверхность, различных стенок карьеров, котлованов и т.д.

      На  равнине суффозия никогда не образуется.

      Влияние на условия строительства

      1. Образование крупных пустот, которые  ослабляют основание сооружений, могут привести к их деформации и разрушению.

      2.Усиление  фильтрационной способности грунтов  из-за образования полостей, что вызывает большие водопритоки в котлованы, шахты и т.д., в обход плотин и т.д.

      Меры  борьбы с суффозией

      1. Предотвращение поступления воды в грунт путем регулирования поверхностного стока.

      2. Устройство подземных дренажей.

      3. Противофильтрационные защитные  завесы.

      4. Уничтожение полостей силикатизацией, цементацией и т.д. 

      Плывуны

      Плывунами называется насыщенный водой грунт, который при вскрытии его приобретает  свойства текучего тела. Такими свойствами могут обладать пески, глинистые  пески, супеси, т.е. плывуны – это  не какой-то определенный тип грунта, а его особое состояние при насыщении водой.

      Плывуны осложняют проходку котлованов, горных выработок, ведение строительных работ, из-за того, что происходит заиливание этих выемок.

      Пример  – строительство лыжного трамплина  на Ленинских горах в Москве, когда уже после строительства трамплина надо было провести уполаживание откоса в нижней части. После вскрытия плывунных песков они устремились в выемку с большой скоростью, полностью залив экскаватор.

      Очень часто плывуны приходят в движение от вибрации.

      Причины образования плывунов.

      По  причинам образования плывуны подразделяются на ложные и истинные.

      Ложные  плывуны образуются при наличии  гидродинамического давления воды, которое  взвешивает мелкие частицы.

      Такие плывуны можно наблюдать, например, там, где грунтовые воды выходят на поверхность в виде родников.

      Ложные  плывуны хорошо отдают воду, а при  снижении напорного градиента переходят в устойчивое состояние.

      Истинные  плывуны обусловлены наличием в них коллоидных частиц и микроорганизмов – особых бактерий. Обычно представлены они глинистыми песками, супесями с низким коэффициентом фильтрации. Их характерной особенностью является слабая водоотдача, а при высыхании они образуют сцементированные массы.

      Меры  борьбы с плывунами

      Борьба  с плывунами – довольно сложное  дело, особенно для истинных плывунов.

      Для борьбы с ложными плывунами используются следующие методы:

      1. Искусственное осушение плывунных  грунтов с помощью дренажа.

      2. Крепление стенок котлована шпунтовыми  ограждениями.

      3. Закрепление плывунов силикатизацией, цементацией, замораживанием и т.д.

      4. Применение сжатого воздуха для  создания давления, уравновешивающего давление воды. Обычно при проходке тоннелей, сооружении мостовых опор и т.д.

      Для истинных плывунов водопонижение неприменимо  из-за низкого коэффициента фильтрации. По этой причине невозможно применение силикатизации и цементации.

      Для борьбы с истинными плывунами  используется либо шпунтовое ограждение, либо замораживание. 

      Подтопление

      Подтоплением называется процесс подъема грунтовых вод выше отметки наиболее заглубленных частей здания.

      Причин  развития этого процесса довольно много, но в городах наиболее важной причиной являются утечки из водопроводной и канализационной сетей.

      На  территории Волгоградской агломерации, например, уровень грунтовых вод поднимается со скоростью до 1 м в год.

      Влияние подтопления на условия  строительства:

      1. Уменьшение прочности и увеличение  сжимаемости глинистых грунтов  – расчетные характеристики уменьшаются  в 1,5-2 раза. В результате – аварии.

      2. Агрессивное воздействие грунтовых  вод на бетон и металл и их разрушение.

      3. Затопление подвалов и подземных  коммуникаций.

      4. Просадка и набухание, оползни.

      Меры  борьбы с подтоплением 

      1. Регулирование поверхностного стока

      2. Дренаж подземных вод. 

      Просадка  лессовых пород

      Просадкой называется уменьшение объема лессовых пород при замачивании.

      Лессовые  породы широко распространены в южной  части Европейской части Европейской  части России, в Средней Азии, Сибири. Они залегают, как правило, с поверхности земли и имеют  мощность иногда до 100 м. В Прикаспийской низменности лессовые породы имеют уникальные условия залегания, не встречающиеся на земном шаре нигде. Здесь они перекрыты морскими осадками хвалынской трансгрессии.

      Характерной особенностью лессов является их высокая  пористость и наличие солей, которые образуют слабые структурные связи, разрушающиеся при замачивании.

      Разрушение  это протекает очень быстро, и  при этом происходит оседание поверхности  земли, а если на подобном участке  находится сооружение – его деформация. Особенно часто деформации происходят от неравномерного увлажнения под зданием.

      Величина  просадки зависит от суммарной мощности грунтов и их свойств. По СНиПу  просадочные толщи подразделяются на два типа в зависимости от проявления просадки от собственного веса:

      II тип – это грунты, у которых просадка от собственного веса более 5 см.

      I тип – у которых суммарная просадка менее 5 см и в основном возникает от воздействия веса сооружения.

      II тип просадочности более опасный, чем первый.

      Основными характеристиками просадочности, которые  используются при расчетах сооружений, являются относительная просадочность и начальное просадочное давление.

       Относительное сжатие грунта при давлении Р после  замачивания - Относительная просадочность.

      ε_sl б_пр= 0.01

      h^/ - высота образца природной влажности при давлении от собственного веса грунта и нагрузки от здания

      h_пр – высота образца в замоченном состоянии при том же давлении

      h₀- высота образца природой влажности при давлении от собственного веса.

      P_sl – начальное просадочное давление – это минимальное давление, при котором начинают проявляться просадочные свойства лессовых грунтов в условиях полного водонасыщения.

      Особенности строительства на лессовых грунтах

      В условиях природной влажности лессовые грунты являются являются надежным основанием, однако возможность их просадки обуславливает необходимость борьбы с этим процессом.

      Основные  мероприятия по защите сооружений можно  разделить на 4 группы:

      1. Борьба с поверхностными водами  путем планировок, устройства отмосток, ликвидации утечек из канализации и т.д.

      2. Борьба с подземными водами  устройством различных систем  дренажей.

      3. Устранение просадочных свойств  грунтов путем трамбования, вибрации, замачивания (предварительно или после аварии), силикатизация, обжиг, пропитка цементным раствором и т.д.

      4. Конструктивное усиление зданий, чтобы приспособить их к неравномерным просадкам. 

      Набухание грунтов

      Набуханием  называется процесс увеличения глинистых  грунтов в объеме при замачивании. Обратным процессом является усадка грунта – уменьшение объема при уменьшении влажности (особенность глинистых минералов).