Глава 4. Экзогенные инженерно-геологические процессы, характерные для территории Челябинска

Экзогенные процессы – процессы внешней динамики земли, протекающие в поверхностной зоне земной коры под действием солнечной энергии, воды, атмосферы и живых организмов.

К экзогенным процессам относятся:

1. Процессы климатического характера (выветривание - разрушение горных пород)

2. Процессы водного характера (растворение, размывание - под действием подземных вод или осадков)

3. Процессы, обусловленные характером рельефа (оползание, денудация совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, непосредственным действием силы тяжести) продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности)

Среди экзогенных процессов на территории практики были отмечены процессы климатического характера, а именно выветривание, которое отрицательно влияет на инженерно-строительные свойства территории.

Выветривание - процесс механического разрушения и химического изменения горных пород и минералов на земной поверхности и в самых верхних частях земной коры под воздействием:

· различных атмосферных агентов: атмосферных осадков, колебаний температуры воздуха, воздействия на породы атмосферного кислорода и др.,

· грунтовых и поверхностных вод

· жизнедеятельности растительных, животных организмов и продуктов их разложения.

Совокупность подобных факторов относится к так называемым агентам выветривания. Различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

Физическое выветривание - это процесс превращения горных пород в обломки различной величины (глыбы, щебень, песок). Чем больше разница температур в течение суток, тем быстрее происходит процесс выветривания. Следующим шагом в механическом выветривании является попадание в трещины воды, которая при замерзании увеличивается на 1/10 своего объёма, что способствует ещё большему выветриванию породы. Если глыбы горных пород попадут, например, в реку, то там они медленно стачиваются и измельчаются под воздействием течения. Ветер, сила тяжести, землетрясения, извержения вулканов также содействуют физическому выветриванию горных пород. Такое выветривание мы часто могли наблюдать в районах практики, например, матрацевидные отдельности гранитов возникли непосредственно благодаря физическому выветриванию. Дресва, щебень, песок появились в результате физического выветривания – это есть продукты элювия. Механическое измельчение горных пород приводит к пропусканию и задерживанию породой воды и воздуха, а также значительному увеличению площади поверхности, что создает благоприятные условия для химического выветривания.

Биологическое выветривание - это процесс разрушения горных пород растительными или животными организмами в процессе их жизнедеятельности. Растительность воздействует на горные породы как механически за счет расклинивающего эффекта растущих корней, так и химически за счет воздействия на минералы кислотами, выделяемыми корневой системой.

В результате длительного воздействия процессов выветривания на поверхностные горизонты земной коры создается так называемая кора выветривания, сложенная уже из относительно устойчивых (в физико-химическом смысле) для данных условий продуктов выветривания горных пород. Пример биологического выветривания: разрушение гранита на Изумрудном карьере и гранитов, гранодиоритов и диоритов на Голубом карьере.

Химическое выветривание- это совокупность различных химических процессов, в результате которых происходит дальнейшее разрушение горных пород и качественного изменения их химического состава с образованием новых минералов и соединений. Важнейшими факторами химического выветривания являются вода, углекислый газ и кислород. Особенно большое значение в этом процессе имеет вода, содержащая углекислоту и другие вещества. Она способна растворить или химически изменить почти все минералы и горные породы. Во время проведения экскурсий могли заметить такой вид выветривания, когда изучали, например, граниты. Поверхность плит гранитов, а так же микротрещины покрыты потеками бурого цвета - это гидроксид железа или лимонит. Результат химического выветривания - это окисление железосодержащих минералов: биотита и пирита. Гранит раскалывается по трещинам и кроме бурых потеков видны светлые, серые налеты глинистых минералов - результат разложения полевых шпатов.

Как правило, на горные породы действуют практически одновременно все виды выветривания, однако степень их воздействия проявляется в зависимости от конкретных условий. В процессе выветривания горных пород идет непрерывное образование продуктов их разрушения, которые являются основным исходным материалом для формирования новых толщ осадочных пород разнообразных фаций.

Делювиальные отложения формируются в нижних частях склонов. Они состоят из материала, снесенного с водоразделов талой и дождевой водой, обычно хорошо рассортированы и, как правило, сложены из более мелких частиц, чем материнские породы,

часто гумусированы. Там, где водоразделы переходят в нижние части склонов, образуются делювиaльно-элювиальные отложения.

Пролювиальные отложения образуются под влиянием временных грязево-каменных селевых потоков, которые, вырываясь на равнинные участки, растекаются и формируют конусы выноса, состоящие из разнородного обломочного материала. При образовании временных водотоков в оврагах происходит также вынос материалов в широкие долины балок или рек. Эти отложения обычно более или менее сортированы, слоисты, могут быть выделены в природных условиях и называются отложениями оврагов.

Аллювиальные отложения- этонесцементированные отложения постоянных водных потоков (рек, ручьев), состоящие из обломков различной степени обкатаности и размеров (валун, галька, гравий, песок, суглинок, глина). Гранулометрический и минеральный состав и структурно-текстурные особенности аллювия зависят от гидродинамического режима реки, характера пород, которые намываются, рельефа и площади водосбора.

Образование аллювия происходит в результате непрерывного взаимодействия динамического водного потока с руслом и аккумуляции осадков

Заболачивание территории (ЗТ) начинается с изменения водно-воздушного режима, накопления влаги и возникновения анаэробных условий. Выражается в накоплении полуразложившихся растительных остатков торфа. ЗТ может быть вызвано грунтовыми, склоновыми водами или атмосферными осадками. Значительное влияние на 3Т оказывают результаты производств деятельности человека. Например, уничтожение древесной растительности на севере таежной зоны ведёт к нарушению водного баланса почв, повышению уровня грунтовых вод и заболачиванию территории. ЗТ наблюдается в результате подъёма грунтовых вод при гидротехническом строительстве, а также при неотрегулированном орошении земель и т. д. Наиболее рациональный и перспективный способ борьбы с постоянным ЗТ — мелиорация почв закрытым дренажем. Временное ЗТ предотвращают глубокой вспашкой, устройством ременных канав, борозд.

Оползни (ОП) - скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Оползни возникают в каком-либо участке склона или откоса вследствие нарушения равновесия пород, вызванного: увеличением крутизны склона в результате подмыва водой; ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами; воздействием сейсмических отеков; строительной и хозяйственной деятельностью, проводимой без учёта геологических условий местности (разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерный полив садов и огородов, расположенных на склонах, м т.п.). Наиболее часто ОП возникают на склонах, сложенных чередующимися водоупорными глинистыми) и водоносными породами (например, песчано-гравийными, трещиноватыми известняковыми). Развитию ОП способствует такое залегание, когда слои расположены с наклоном в сторону склона или в этом же направлении пересечены трещинами. В сильно увлажнённых глинистых породах ОП приобретает форму потока. В плане ОП часто имеет форму полукольца, образуя понижение в склоне, называется оползневым цирком. ОП наносят большой ущерб с.-х. угодьям, промышленным предприятиям, населённым пунктам и т.д. Для борьбы с ОП применяются берегоукрепительные и дренажные сооружения, производится закрепление склонов вбитыми сваями, насаждением растительности и т.п.

Таким образом, мы убедились, что для территории Челябинска характерны различные инженерно-геологические процессы. Это такие процессы, как выветривание (физическое, биологическое и химическое) продуктами которого является эллювий (щебень, дресва, песок, глина); пролювиально-делювиальные процессы (накопление эллювия на склонах и подножьях); а также процессы заболачивания, оврагообразования и оползневые. Каждый из процессов во многом связан с антропогенной деятельностью человека, а значит необходимо учитывать, и уметь прогнозировать развитие данных процессов в ходе воздействия человека на природу.