Процессы выветривания и их иг значение

Выветривание - это процесс разрушения и изменения горных пород в условияхземной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов.

По характеру среды, в которой происходит выветривание, различают атмосферноеи подводное (гальмиролиз). По роду воздействия выветривания на горные породыразличают:

• физическое выветривание, ведущее только к механическому распаду породы на

обломки

• химическое выветривание, при котором изменяется химический состав горной

породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности;

• органическое (биологическое) выветривание, сводящееся к механическому

раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельностиорганизмов.

Своеобразным типом выветривания является почвообразование, при котором

особенно активную роль играют биологические факторы.

Выветривание горных пород совершается под влиянием агентов или факторов

выветривания: воды, углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтовоговоздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- имикроорганизмов и продуктов их разложения. На скорость и степень выветривания,мощность продуктов выветривания и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияюттакже рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород.

Подавляющая масса физических и химических процессов выветривания (окисление,

сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии.

Обычно разные виды выветривания действуют одновременно, но в зависимости от

климата тот или иной из них преобладает.техногенное выветривание – комплекс процессов, развивающихся наискусственных обнажениях горных пород под воздействием природных и техногенныхагентов выветривания, в результате которых происходят изменения состава, состояния исвойств горных пород и формируется современный элювий. Главными отличительнымичертами техногенного выветривания являются молодость и незаконченность процесса, маломощная, усеченная как сверху, так и снизу кора выветривания, небольшие масштабыобнажений, азональное распространение, преобладание физического выветривания и т.д.

Выветривание горных пород не является катастрофическим процессом, однакоего развитие может иметь опасные последствия, т.к. вслед за выветриванием пород могутразвиваться иные опасные экзогенные процессы, в том числе и носящие катастрофическийхарактер. Этим определяется роль выветривания в формировании инженерно-геологических и эколого-геологических условий.

Карст, его инженерно-геологическое значение.

Карст (И.В.Попов)- совокупность геологических процессов и созданных ими явленийв земной коре и на ее поверхности, вызванных химическим растворением г.п и выраженных в образовании в земной коре пустот ,в разрушении и изменении структуры и состояния пород, в создании особого характера циркуляции и режима подземных вод, характерного рельефа местности и режима гидрографической сети.

1. По составу карстующихся пород:

а-карбонатный

а1-известняковый

а2-доломитовый

а3-меловой

б – сульфатный

б1-гипсовый

б2-ангидритовый

в – галоидный (соляной)

г – силикатный

По строению разреза

- голый

- задернованный

- перекрытый

- покрытый

- бронированный

3. Относительно кровли карстующихся пород:

- поверхностный

- глубинный

Условия развития процесса

1. Литологические

2. Пути движения воды в породе:

- тектонические (выделение сколовых и отрывных нарушений)

- литогенетические (диагенетические)

- выветривания

3. Гидродинамические (гидродинамическая зональность)

4. Агрессивность (особенности формирования карбонатной агрессивности)

Под карстом следует понимать геоло­гические процессы в основном химического взаимодействия раствори­мых горных пород и движущихся подземных и поверхностных вод, создающих характерные геологические явления, в виде:

1) подземных форм — разнообразных каверн, полостей, каналов и др.;

2) своеобраз­ного рельефа — воронки, карры, замкнутые котловины, овраги, долины и др.;

3) особых континентальных субтерральных накоплений (остаточные, хемогенные, водно-механические и др.).

Для развития карста необходимо сочетание следующих основных условий:

- наличие растворимых пород — карбонатных, сульфатных и галлоидных, доступных для проникания в них поверхностных и подземных вод;

- водопроницаемость карстующихся пород — трещинная, поровая ипо разрывам, обусловливающая возможность в них движения вод;

- движение подземных вод, интенсивность водообмена и вынос про­дуктов выщелачивания;

- агрессивность, растворяющая способность поверхностных и под­земных вод, обусловленная их химическим составом, температурой, присутствием газов (СО2, H2S и др.) и микроорганизмов.

На активизацию или замедление карстовых процессов влияют много­численные природные и техногенные факторы, удельная роль которых в разных комплексах пород, структурах, гидрогеологических условиях и климатических зонах различна. Наибольший интерес представляют те компоненты среды и действующие факторы, которые так активизи­руют карстовые процессы, что возникает опасность для сооружений и затрудняется использование территории. К ним относятся:

1) неоднородность литологического строения и состава карстую­щихся пород, наличие в них нерастворимых слоев и примесей, текстурные особенности;

2) трещиноватость массива пород (литогенетическая, тектоничес­кая, экзогенная и иная), ее интенсивность и пространственное распространение;

3) тектонические структуры — складчатые и особенно разрывные, определяющие пути движения основных потоков подземных вод;

4) новейшая геологическая история района, характер и интенсив­ность неотектонических движений, обусловливающих формиро­вание рельефа и положение местных и региональных базисов дренирования подземных вод;

5) рельеф карстовых районов, наличие покрова четвертичных гли­нистых пород и растительности, влияющих на поверхностный, сток и инфильтрацию атмосферных осадков:

6) климатогидрологические факторы, отражающиеся на гидрогео­логической обстановке карстующихся массивов пород;

7) техногенные факторы, разнообразные по характеру влияния, интенсивности и последствиям, изменяющие уровни и режим подземных вод, их состав, агрессивность и водообмен.

Одной из важных задач инженерно-геологического изучения карста является характеристика скорости процессов, в зависимости от которой устанавливается их опас­ность, дается оценка степени закарстованности массива пород и устой­чивости применительно к разным сооружениям и использованию тер­ритории и пещер. Имеется несколько предложений по этому вопросу.

Система инженерных и иных мероприятий по обеспечению защиты существующих и проектируемых различных наземных и подземных сооружений на закарстованных территориях или внутри массива пород по своему содержанию и назначению различны и подразделяются:

1) для районов распространения карбонатного карста, обычно харак­теризующегося слабой и не опасной современной активностью, обосно­ванием мероприятий являются данные о характере, степени и прост­ранственной закарстованности массива пород;

2) для районов актив­ного современного карста в гипсах и солях, где вероятны и часты под­земные обрушения и провалы на поверхности земли из-за большой за­карстованности и ее вероятного значительного увеличения;

3) для на­правленных на предотвращение или существенное снижение скорости карстовых процессов до величин, безопасных для сооружений и терри­тории, возникших под воздействием техногенных факторов.

Характер и объем противокарстовых мероприятий зависит от кон­кретных инженерно-геологических условий территории и различны для промышленно-городских зданий, авто- и железных дорог, гидротехниче­ских, подземных сооружений и др. В практике проектирования и строи­тельства в карстовых районах применяются защитные мероприятия.

1. Организация стока поверхностных вод (дождевых, талых, хозяй­ственных), предусматривающая практически полный их перехват си­стемой канав, ливневодов, покрытий, тампонированием карстовых во­ронок и рвов, исключающая поступление агрессивных вод в карстующуюся толщу. Это обязательное мероприятие осуществляется обычно на большой площади, требует тщательности выполнения и эксплуа­тации.

2. Дренаж агрессивных подземных вод в целях недопущения их в толщу пород под защищаемыми сооружениями или освоенной тер­риторией, иногда в сочетании с искусственным засолением для умень­шения растворяющей способности вод. Расположение, конструктивные решения и эффективность дренажной системы требует из-за сложности обстоятельного гидрогеологического обоснования данными разнообраз­ных натурных и экспериментальных исследований.

3. Заполнение (тампонирование) карстовых полостей и трещин песком, мелким щебнем и цементным раствором с помощью засыпки и нагнетания, для поддержания свода пещеры и предотвращения его обрушения на участке расположения сооружения. При осуществлении этого мероприятия нет уверенности, что все и полностью крупные по­лости будут так плотно затампонированы, что исключаются деформации пород в сводах. Кроме того, при заполнении полостей слабофильтрующим материалом возможно формирование новых путей движения под­земных вод и активизация карста в прилегающих толщах растворимых пород. Требуется детальный анализ эффективности данного мероприя­тия как временного, так и постоянного действия.

4. Создание в кровле закарстованнои толщи или в основании выше­лежащих пород искусственно закрепленного слоя соответствующей тол­щины и протяженности, являющегося своеобразным перекрытием, вос­принимающим нагрузку от сооружения и предохраняющего от распространения вверх зоны сдвижения в случае обрушения свода крупной карстовой полости и не нарушающего сложившихся путей движения подземных вод. Во многих случаях при благоприят­ном геологическом разрезе участка данное мероприятие эффективно для стабилизации полотна авто- и железных дорог, отдельных зданий, опор и др.

При невозможности тем или иным способом укрепить закарстован-ный массив в основании сооружений следует предусмотреть особые виды их фундаментов и конструкций, мало деформирующихся при воз­никновении провалов. Такие фундаменты могут быть в виде опор глу­бокого заложения, ниже зоны сильной закарстованности, где возможны обрушения, а также фунда­менты из свай-стоек, из (вися­чих свай и др.).

Ответственной и сложной проблемой является оценка закарстованности массива, скорости процессов, их опасности и выбор защитных мероприятий при возведении высоких плотин.

Методы борьбы с карстовыми процессами в соляных толщах более сложные из-за легкой растворимости этих пород. Одним из методов, применяемых при открытой разработке соляных месторождений, яв­ляется создание гидрозавес различных типов. Верхнюю часть прес­ных грунтовых вод дренируют кольцевой траншеей или галереей и сбрасывают «на сторону», за пределы влияния карьера. Нижнюю часть надсолевого потока грунтовых вод перекрывают из траншеи непрони­цаемой продольной перемычкой (стенкой) и подпитывают его рассо­лами, выкачиваемыми из карьера, чем предотвращается растворение соляного пласта. При ином гидрогеологическом строении, при подзем­ной разработке солей или в случае предотвращения возможности вы­щелачивания и карста в соляной пачке или купола создается другая система гидрозавес, в том числе путем искусственного насыщения подземных вод рассолами, делающими их неагрессивными.