Источники и факторы подтопления

Алгоритм построения геологического разреза

Нарисовать топографический профиль

Снести геологические границы.

Нарисовать разрывные нарушения*.

нарисовать геологические границы, начиная с самых молодых слоёв и придерживаясь мощности пород.

проставить индексы возраста и крапы* пород, закрасить слои в соответствии с международной стратиграфической шкалой.

Выполнить оформление разреза.

25. К напорным (артезианским) водам относятся подземные воды, находящиеся в водоносных горизонтах, перекрытых и подстилаемых водоупорными (или относительно водоупорными) слоями горных пород, и обладающие гидростатическим напором. Они располагаются на больших пространствах и глубинах вне сферы воздействия местных дрен (рек, оврагов и др.).

Понятие "артезианскаяскважина", как правило, трактуется в двух значениях. Во-первых, это скважины с самоизливом воды, во-вторых, это глубокие скважины, пробуренные до артезианских горизонтов. Артезианскиеводы - напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями и образующие бассейны. Артезианские воды находятся под напором и, будучи вскрыты скважинами (артезианскими колодцами), поднимаются по ним выше кровли водоносного пласта, изливаются по поверхность или фонтанируют. Артезианские воды являются наиболее чистыми, однако бурение скважин на них связано с решением ряда технических вопросов и обходится дороже. При этом необходимо учесть, что такие скважины оборудованы гравийными фильтрами и служат значительно дольше - многие десятки лет.

Разделы геологии

· Геология полезных ископаемых изучает типы месторождений, методы их поисков и разведки.

· Гидрогеология — раздел геологии, изучающий подземные воды.

· Инженерная геология — раздел геологии, изучающий взаимодействия геологической среды и инженерных сооружений.

· Геохимия — раздел геологии, изучающий химический состав Земли, процессы, концентрирующие и рассеивающие химические элементы в различных сферах Земли.

· Геофизика — раздел геологии, изучающий физические свойства Земли, включающая также комплекс разведочных методов: гравиразведка, сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка различных модификаций и пр.

· Изучением Солнечной системы занимаются следующие разделы геологии: космохимия, космология, космическая геология и планетология.

· Минералогия — раздел геологии, изучающий минералы, вопросы их генезиса, квалификации. Изучением пород, образованных в процессах, связанных с атмосферой, биосферой и гидросферой Земли, занимается литология. Эти породы не совсем точно называются ещё осадочными горными породами. Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология.

· Литология — раздел геологии, изучающий образование осадочных пород.

· Петрология — раздел геологии, изучающий происхождение горных пород.

· Петрография — раздел геологии, изучающий происхождение горных пород, образованных при высоких температурах и давлениях.

· Геобаротермометрия — наука, изучающая комплекс методов определения давления и температур образования минералов и горных пород.

· Структурная геология — раздел геологии, изучающий нарушения земной коры.

· Микроструктурная геология — раздел геологии, изучающий деформацию пород на микроуровне, в масштабе зёрен минералов и агрегатов.

· Геодинамика — наука, изучающая процессы самого планетарного масштаба в результате эволюции Земли. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре.

· Тектоника — раздел геологии, изучающий движение Земной коры.

· Историческая геология — отрасль геологии, изучающая данные о последовательности важнейших событий в истории Земли. Все геологические науки в той или иной степени имеют исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур. История Земли делится на два крупнейших этапа — эона, по появлению организмов с твёрдыми частями, оставляющих следы в осадочных породах и позволяющих по данным палеонтологии провести определение относительного геологического возраста. С появлением ископаемых на Земле начался фанерозой — время открытой жизни, а до этого был криптозой или докембрий — время скрытой жизни. Геология докембрия выделяется в особую дисциплину, так как занимается изучением специфических, часто сильно и многократно метаморфизованных комплексов и имеет особые методы исследования.

· Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности организмов.

· Стратиграфия — наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения.

· Геохронология — раздел геологии, определяющий возраст пород и минералов.

47) С помощью различных геофизических приборов геологи научились заглядывать внутрь земли, находясь на ее поверхности. Но, к большому огорчению геофизиков, на вечной мерзлоте хорошо известные им электрометрические методы оказались неприменимыми. Дело в том, что мерзлый слой, мощность которого достигает нескольких сотен метров (400-700 м), образует как бы экран, непроницаемый для электричества.
Когда геофизики попробовали применить в области вечной мерзлоты сейсмические методы исследования, они вначале никак не могли расшифровать сейсмограммы. Оказалось, что в рыхлых отложениях, сцементированных льдом, взрывная волна распространяется с необычайно большой скоростью. Пришлось научиться делать поправку на это.
Но вечная мерзлота может стать и хорошим помощником человека. Изучив ее свойства, люди заставляют мерзлоту служить себе.

Геологов, занимающихся поисками нефтегазоносных структур в районах вечной мерзлоты, поразило удивительное совпадение контуров структур и нижней границы мерзлоты: они словно повторяют друг друга. Следовательно, зная положение границы мерзлых пород, можно судить о тектоническом строении района, можно определять, где залегают нефтегазоносные структуры.
Немало проблем, связанных с особенностями вечной мерзлоты, приходится решать строителям.
Если какое-то здание или сооружение построить на мерзлоте обычным способом, оно спустя некоторое время деформируется, даст трещины, разрушится. Мерзлота очень чувствительна к теплу, проникающему с поверхности земли: чем больше проникает тепла, тем больше оттаивает грунт и тем больше опасность разрушения зданий. Поэтому главная задача строителей — сохранить мерзлоту под сооружением. Для этого устраивают проветриваемые подполья, которые открывают зимой и наглухо закупоривают летом, чтобы «не упустить холод», железнодорожные насыпи укрывают, как одеялом, слоем мха, чтобы сохранить мерзлоту. Мерзлые породы прочны, как камень, и могут выдерживать большие нагрузки.
Российские ученые-мерзлотоведы разработали методы устойчивого строительства на вечной мерзлоте и сейчас практически могут построить любое сооружение. Один из наиболее широко применяемых методов — это строительство на свайном фундаменте. Железобетонные или деревянные сваи опускают в специально и на определенною глубину пробуренные в мерзлых грунтах скважины. На этом фундаменте — на сваях — строят здание. Таким способом построены многие дома в Норильске, Дудинке, Воркуте, Якутске и других городах.
Изучая мерзлоту, ученые столкнулись с таким весьма интересным явлением. В грунтах с очень мелкими частицами: в суглинках, супесях и глинах, — даже при температуре ниже -5 -10°С значительная часть воды не замерзает, не переходит в лед, а при температуре, близкой к 0°, в суглинках и глинах замерзает примерно только половина всей воды.
Велико биологическое значение незамерзшей воды в мерзлых почвах. В Центральной Якутии, как известно, распространена тайга. Лес растет на почвах, оттаивающих летом не более чем на 1-2 м, а ниже лежит слой вечной мерзлоты до 200-300 м. (Именно этого никак не могли понять западноевропейские ученые в XVII — XVIII веках, не до-верявшие сообщениям из России о вечной мерзлоте.) Якутские леса состоят из лиственницы и других древесных пород, у которых корневая система располагается горизонтально, в верхнем слое почвы, который летом оттаивает. Кроме того, было обнаружено, что корневые системы многих растений мо-гут усваивать почвенный раствор при довольно низких отрицательных температурах, до -3 -5°С. Это, безусловно, связано с биологической приспособляемостью. Незамерзающая вода в мерзлой почве создала необходимые условия для этой приспособляемости.
Наука о мерзлоте, как и большинство молодых современных отраслей знания, развивается на «стыке» нескольких других научных дисциплин: геологии, географии, физики, химии, биологии, геофизики, климатологии, инженерно-строительного искусства. Чтобы решить множество переплетенных между собой загадок мерзлоты, требуются усилия ученых разных специальностей, объединенных единой задачей. Несмотря на многочисленные трудности в развитии мерзлотоведения, советские ученые добились больших успехов. Ученые США, Канады и других стран, работающие над теми же проблемами, признают ведущую роль советского мерзлотоведения

48)Экологическая роль вечной мерзлоты, таким образом, по-разному в зависимости от конкретных географических условий. Кстати, характер растительности в областях вечной мерзлоты долгое время вводил в заблуждение многих ученых относительно реальности и возможности промерзания земных недр до больших глубин. Немецкий ученый Леопольд Бух плоть до середины XIX века высказывал мнение о ненадежности сведений о постоянной мерзлоте на небольшой глубине от поверхности, на которой произрастала бы кустарниковая и тем более древесная растительность. Эти два явления — высшая растительность и вечная мерзлота представлялись ему несовместимыми, хотя для местных жителей в этом не было ничего необычного.

Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме.

Плотность воды составляет 1000 кг/м3, плотность льда 916 кг/м3, это значит, что при одинаковой массе лед будет занимать больший объем, нежели вода примерно на 9%. Зимой вода, содержащаяся в грунте, превращается в лед, увеличиваясь в объеме, и тем самым создает давление на грунт. Под действием этого давления грунт начинает двигаться. Это давление не может продавить глубоко залегающие нижние плотные слои грунта поэтому выдавливает грунт вверх, а вместе с ним и фундамент дома.

Больше всего морозному пучению подвержены глинистые грунты (объем грунта может увеличиваться на 10-15%, то есть при глубине промерзания 1,5 м – на 15-20 см). Песчаные грунтыподвержены пучению гораздо меньше; каменистые и скальные – практически не подвержены. Разница в том, что глина не пропускает сквозь себя воду, поэтому грунты содержащие глину накапливают в себе влагу. А между частицами песка или гравия вода просачивается и уходит в нижележащие слои, а та влага, которая и содержится в песчаном грунте распределяется в нем равномерно, поэтому пучение такого грунта происходит равномерно, что уже не так опасно для фундамента дома.

Зимой сила пучения достаточно велика, чтобы поднять фундамент вместе с домом, при этом нет никакой гарантии, что приподнятый дом весной вернется в исходное положение. Это было бы не так страшно, если бы дом поднимался и опускался равномерно, но это не так. В результате в доме возникают перекосы стен, дверных проемов и окон. В наибольшей степени это относится к каркасным или щитовым домам, в меньшей степени к домам сложенным из бруса, так как они сами по себе представляют жесткую конструкцию. Стены кирпичного дома при пучении могут потрескаться из-за того, что фундамент поднимается неравномерно - с одной стороны больше, с другой меньше. Например, под отапливаемым домом земля не промерзает, и часть фундамента под внутренними стенами дома не испытывает действия пучения, в то время как вокруг дома за внешними стенами фундамента промерзание есть. Осенью с северной стороны дома земля начинает промерзать быстрее, чем с южной: с одной стороны дома есть пучение, с другой - нет.

КАК БОРОТЬСЯ С СИЛАМИ ПУЧЕНИЯ?

Для защиты от морозного пучения существует несколько способов: замена грунта на непучинистый, удаление влаги из грунта, утепление грунта. Замена грунта на непучинистый (т.е. на песчаный) возможна при заложении фундамента. Под его основание укладывают подушку из утрамбованного песка высотой около 30 см и шириной на 20 см больше, чем ширина фундамента. Смысл этой подушки в том, чтобы, во-первых, равномернее распределить нагрузку от фундамента, во-вторых, уменьшить действие нормальной составляющей сил пучения на мелкозаглубленный фундамент. Здесь надо понимать, что песчаная подушка снижает действие пучения не за счет того, что песок непучинистый грунт, а за счет уменьшения слоя пучинистого грунта. Если при глубине промерзания 1,5 м укладывать фундамент на глубину 1 м, то слой пучинистого грунта составит 50 см а его возможное увеличение до 5 см. Если под тот же фундамент делать песчаную подушку 30 см, то слой пучинистого грунта составит уже не 50 см а 30 см, и его возможное увеличение будет не больше 3 см. Непучинистый грунт также рекомендуется использовать для обратной засыпки после того, как фундамент залит и опалубка с него снята. Так в непосредственном контакте с фундаментом будет находиться непучинистый грунт, не содержащий влаги, который не будет примерзать к его стенкам. Со временем (через несколько лет) песок в обратной засыпке и в подушке может заилиться: частички глины из окружающего грунта будут попадать в него, и он потеряет свои непучинистые свойства. Для защиты от заиливания песчаную подушку и обратную засыпку нужно отделить от остального грунта пленкой или фильтрующей тканью.

Другая мера по борьбе против пучения - это удаление влаги, в свою очередь эту меру можно разделить на две составляющих - защита от попадания влаги с атмосферными осадками и удаление уже имеющейся влаги. Чтобы оградить грунт вокруг фундамента от осадков в виде дождя и тающего снега по всему периметру дома нужно делать отмостку. Ее ширина должна быть больше ширины обратной засыпки, чтобы вода отводилась подальше от фундамента.

Утепление грунта вокруг дома позволяет уменьшить или вообще исключить промерзание земли. Благодаря утеплению грунта становится возможно строительство мелкозаглубленных фундаментов за счет искусственного уменьшения глубины промерзания. Однако это возможно только в областях, где среднегодовая температура положительная. Ширина полосы утеплителя должна соответствовать глубине промерзания: если земля промерзает на 1,5 м, то утеплять надо вокруг дома полосу шириной 1,5 м. Толщина утеплителя зависит от его теплоизоляционных свойств и от климатических условий.

Еще одна мера по защите фундамента от морозного пучения, применяемая при строительстве любых видов фундаментов, - это сделать его поверхность более гладкой. Сам по себе бетон - пористый материал, и с его поверхностью грунт хорошо смерзается и при пучении сильно воздействует на него. Самый простой способ устранить это - прокладывать рубероид между поверхностью фундамента и грунтом. Рубероид более гладкий материал, и движущийся грунт будет по нему скользить, и касательная составляющая силы пучения значительно снижается.

20) ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Рис. 7.1. Круговорот воды в природе

К подземным водам относятся все природные воды, находящиеся под поверхностью Земли в подвижном состоянии. Вопросы происхождения, движения, развития и распространения подземных вод являются предметом изучения специальной отрасли геологической науки - гидрогеологии (греч. "гидро" - вода). Подземные воды тесно связаны с водой атмосферы и наземной гидросферы - океанами, морями, озерами, реками. В природных условиях происходит непрерывное взаимодействие этих вод, так называемый гидрологический круговорот (рис. 7.1).

Одним из важнейших факторов, определяющих условное начало круговорота, является испарение воды с поверхности океанов, морей и поступление влаги в атмосферу. Наибольшее поступление влаги в атмосферу происходит за счет испарения в океанах. Часть образующегося водяного пара над океаном, конденсируясь, выпадает в виде осадков над самим океаном, завершая так называемый малый круговорот. В отличие от малого большой круговорот обусловлен водообменом между океанами и сушей, когда значительная часть водяных паров с океана переносится воздушными течениями на материки, где при благоприятных условиях, они конденсируются и выпадают в виде атмосферных осадков. Большая часть атмосферных осадков, выпадающих на материки, стекает по поверхности и вновь непосредственно или через реки попадает в океан, часть же осадков просачивается (фильтруется) в горные породы и идет на пополнение подземных вод, образующих подземный сток, и, наконец, некоторый объем вновь испаряется в атмосферу.

Таким образом, распределение выпадающих атмосферных осадков может быть представлено следующей схемой: испарение, поверхностный сток, инфильтрация, или просачивание, подземный сток. Соотношение между указанными составляющими изменяется в зависимости от конкретных природных условий: рельефа, температуры воздуха, растительности, водопроницаемости горных пород и др. В пределах большого круговорота на материках выделяется внутренний, или внутриконтинентальный, круговорот, повторяющийся неоднократно, существенно увеличивая количество атмосферных осадков, выпадающих на сушу и пополняющих подземные воды.

Объяснить условия образования эоловых отложений. Составить инженерно–геологическую характеристику грунтов, наиболее часто встречающихся среди этих отложений. Оценить возможность их использования в качестве оснований промышленных и гражданских сооружений с учетом изменения состава и свойств под влиянием техногенных процессов.

Состав переносимых ветром частиц бывает очень разнообразен – преобладают кварцевые, полевошпатовые, глинистые, и известковые частицы, могут быть и элементы органического происхождения: пыльца, споры, грибки, бактерии. Подавляющее количество пыли и песка, переносимых ветром, имеет земное происхождение, являясь продуктом разрушения горных пород. Часть пыли имеет вулканическое происхождение (вулканический пепел, песок), часть — космическое (метеоритная пыль). Переносимая ветром масса пыли и песка рано или поздно выпадает на землю и либо примешивается к образующимся различным образом осадочным породам, либо дает начало особым эоловым отложениям.

Среди эоловых отложений по составу выделяются глинистые, пылеватые и песчаные. Глинистые и пылеватые эоловые отложения образуются за счет осаждения мелких частиц, переносимых в виде пыли во взвешенном состоянии в воздухе, иногда высоко над поверхностью земли. Песчаные эоловые отложения, наоборот, образуются из крупных частиц, перемещаемых у самой земли или просто перекатываемых ветром по почве. Поэтому эоловые пески распространены обычно в непосредственной близости от областей развевания. Глинистые эоловые отложения могут образоваться и на значительном удалении от последних, так как пыль разносится ветром очень далеко.

ПОДТОПЛЕНИЕ - подъем уровня грунтовых вод, вызванный повышением горизонта воды в реках при сооружении водохранилищ и плотин, затоплением русл рек, потерями воды из водопроводной и канализационной сетей и пр. При подтоплении заболачивается и засоляется почва, ухудшается санитарное состояние местности, разрушаются здания, дороги. ПРИЧИНЫ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ

1.2. Основными причинами подтопления на стадии строительного освоения застраиваемых территорий являются изменение условий поверхностного стока при осуществлении вертикальной планировки (в том числе засыпки естественных дрен - оврагов и водотоков, срезка растительного покрова и др.), а также значительный разрыв во времени между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и выемках.

Основными причинами подтопления на стадии эксплуатации застроенных территорий (промышленных предприятий, городов, поселков и других объектов) являются: инфильтрация утечек технологических вод, промышленных и хозяйственно-бытовых стоков, а также поливы зеленых насаждений, изменение тепло-влажностного режима под зданиями, сооружениями и покрытиями, влияние барражного эффекта (задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).

Интенсивность развития процесса подтопления и особенности его проявления зависят от природных условий, характера технологического процесса предприятия, плотности застройки территории, параметров систем водонесущих коммуникаций (расход, протяженность, плотность коммуникаций и водосодержащих емкостей и др.).

ИСТОЧНИКИ И ФАКТОРЫ ПОДТОПЛЕНИЯ

1.3. Источники подтопления территорий промышленных предприятий, городов и населенных пунктов разделяются на естественные и искусственные [42, 43].

К естественным источникам относятся атмосферные осадки (дождевые и талые воды), грунтовые воды, сток поверхностных вод с окружающих территорий, вода в парообразной форме в грунтах зоны аэрации.

К искусственным источникам относятся воды, накапливающиеся в различных искусственных понижениях рельефа, котлованах, траншеях, грунтах обратной засыпки, различные резервуары, отстойники, накопители жидких стоков и шламонакопители, гидрозолоотвалы, очистные сооружения, объекты с мокрым технологическим процессом (цехи мокрых производств, ТЭЦ и др.), водонесущие коммуникации всех видов и др.

Процесс подтопления развивается в результате воздействия различных факторов или их комбинаций. Факторы подтопления подразделяются на активные и пассивные.

Активные факторы непосредственно вызывают обводнение грунтов и в свою очередь подразделяются на естественные и искусственные.

К естественным активным факторам относят процессы конденсации и концентрации влаги под сооружениями и покрытиями, а также в грунтах обратных засыпок, инфильтрация талых и ливневых вод.

Искусственные активные факторы включают инфильтрацию поверхностных вод из искусственных выработок, а также обвалованных или перегороженных насыпями территорий, инфильтрацию из водонесущих коммуникаций, водопотребляющих цехов предприятий, накопителей, отстойников, водовмещающих емкостей, а также подпор грунтовых вод вследствие устройства водохранилищ, прудов, отстойников, гидротехнических сооружений, инфильтрацию поливных вод.

Пассивные факторы подразделяются на естественные и искусственные.

Естественные факторы объединяют природные, климатические, геоморфологические, геолого-литологические, гидрографические и гидрогеологические условия территории.

К искусственным факторам относят нарушение поверхностного стока из-за отсутствия вертикальной планировки или изменения естественного рельефа.

49.