Навчальний посібник Київ 2010 (075. 8) Рецензент и: канд геол мін наук, доц. Корнєєнко С. В


Сезонне та багаторічне промерзання гірських порід



бет4/11
Дата12.07.2016
өлшемі1.05 Mb.
#193729
түріНавчальний посібник
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

3.3. Сезонне та багаторічне промерзання гірських порід.


Обширні простори на земній кулі зайняті багаторічномерзлими грунтами, величезні території піддаються сезонному промерзанню. Щорічне промерзання є сезонним (сезонномерзлі породи).

На сьогодні замість терміну “вічно мерзла” вживають поняття “багаторічно мерзла” порода. Означення “вічномерзлий” умовне, тому що нічого вічного в природі не існує. У нашій мові слово “вічний” синономічне слову “нескінченний”. Але ж в історії Землі були періоди, коли на одних і тих же ділянках земної кори ніякої мерзлоти не існувало, отже, термін “вічна мерзлота” є некоректним.

Розглянемо зміст поняття “мерзла порода” чи «мерзлий грунт». Раніше мерзлими грунтами вважалися всі гірські породи, що мали від‘ємну температуру. Однак зменшення температури до нуля і нижче не завжди змінює будівельні властивості породи. Наприклад, розглянемо сухий пісок. Очевидно, що як в умовах позитивних, так і від‘ємних температур він буде наділений практично однаковими властивостями, залишаючись сипкою безструктурною породою. Інша справа, якщо пісок насичений водою. В цьому випадку цементація піщаних часток льодом надає піскові значної міцності. Якщо ж усі породи з від‘ємною температурою називати мерзлими, то очевидно, і сухий пісок, що не змінив своїх властивостей, і пісок, зцементований льодом і перетворений на напівскельну породу, доведеться віднести до однієї групи мерзлих порід. В цьому, без сумніву, полягає значна незручність.

Для того щоб уникнути подібного становища, деякі вчені (М.А.Цитович, М.І.Толстіхін та ін.) запропонували застосовувати термін “мерзлі” тільки до тих порід, які мають нульову або від‘ємну температуру і містять включення льоду. Ті ж породи, що мають від‘ємну температуру, але не містять льоду, прийнято називати «морозними». Вічномерзлими породами називають такі мерзлі породи, що не відтаюють протягом декількох років.

Будівництво в умовах розвитку багаторічномерзлих порід дуже ускладнене і вимагає всебічного вивчення і кількісної оцінки процесів, які відбуваються в пухких породах при їх замерзанні-відтанені. Цими питаннями займається спеціальна наука – мерзлотознавство, або геокріологія.

Площа поширення багаторічномерзлих порід значно менша, ніж площа порід сезонного промерзання, але все ж охоплює значні території на трьох континентах (Євразія, Америка і Антарктида). в цілому вона дорівнює приблизно 35 млн. км2, що становить 24% всієї поверхні суші на земній кулі. Потужність багаторічномерзлих порід коливається від 10-15 м до 300-500 м на крайній півночі, за полярним колом.


3.3.1. Будова товщі багаторічномерзлих порід.
Основними характеристиками будови товщ мерзлих порід є глибина залягання верхньої і нижньої поверхонь мерзлої товщі, її потужність, переривчатість за площею і глибиною.

Глибина залягання верхньої поверхні мерзлої товщі непостійна. В зв‘язку зі значними температурними коливаннями в районах поширення багаторічномерзлих порід спостерігаються явища сезонного промерзання і відтанення. Шар періодично замерзаючих і відтаючих порід називається діяльним шаром.

Слід відзначити, що глибини поширення позитивних температур у літній період і від‘ємних у зимовий між собою не збігаються. Тому розрізняють два поняття: сезонновідтаючий шар і сезоннопромерзаючий шар, які відповідають потужностям порід, що відтаюють у літній і промерзають у зимовий період. Якщо величина літнього відтанення перевищує величину зимового промерзання, то потужність діяльного шару визначаються за максимально можливою глибиною сезонного відтанення. При зворотньому співвідношенні потужність діяльного шару визначається за максимально можливою глибиною сезонного промерзання.

Глибини сезонного відтанення і промерзання можуть не збігатися за потужністю. У випадках, коли шар відтанення більший від шару промерзання, між шаром багаторічномерзлих порід і сезонномерзлих порід залишається постійний талик (мерзлі товщі, які “не зливаються”). При іншому співвідношенні глибин промерзання і відтанення шар сезонномерзлих порід безпосередньо переходить у шар багаторічномерзлих порід (мерзлі породи, які “зливаються”).

Перший тип характерний для південних районів області поширення багаторічномерзлих порід, другий – для північних.

Інколи в товщі мерзлих порід спостерігаються пластові талики, пов‘язані з найбільш водопроникними пластами порід, по яких рухаються підземні води. За наявності кількох пластових таликів, розташованих на різній глибині, товща багаторічномерзлих порід виявляється розбитою на окремі зони. В цьому випадку говорять про шаруваті або переривчасті зони (за глибиною).

Багаторічномерзлі породи не завжди мають суцільне поширення і в горизонтальному напрямку, вони часто перериваються таликами. Талики утворюються під ріками, озерами, у місцях інтенсивного виходу підземних вод і під потужним сніговим покривом. Залежно від того, чи пронизують талики всю товщу мерзлих порід, чи підстеляються знизу мерзлими породами, розрізняють два типи таликів: наскрізні і замкнені (псевдоталики).

Найширше розповсюдження мають талики під ріками. Вони відрізняються найбільшою глибиною. Під великими ріками, що не промерзають, часто спостерігаються наскрізні талики. Вони спостерігаються також і під непромерзаючим до дна озерами. В цьому випадку вони замкнені і мають форму глибоких ванн із майже зовсім прямовисними мерзлими бортами. Контакт між мерзлими береговими і талими підозерними породами знаходиться звичайно біля самого берега озера. Підвищення температур у мерзлих породах під озерами поширюється не більше, ніж на 50-100 м. Ця глибина залежить від фільтраційних властивостей відкладів, що лежать під дном озер: якщо відклади слабкофільтраційні, то потужність таликів не перевищує 20 м. Глибокі і наскрізні талики спостерігаються там, де відклади представлені породами, що добре фільтрують – тут створюються умови для конвективного теплообміну.

Останній тип таликів – це таліки аномального типу, які знаходяться в умовах суворого клімату, далеко від водних потоків і водоймищ. Основна причина їх утворення – наявність потужного снігового покриву, який з‘являється до настання сильних морозів.

Утворення таликів часто пов‘язане з діяльністю людини: з гідротехнічним будівництвом і меліоративними заходами. Наприклад, влаштування водосховищ із великою глибиною викликає глибоке протанення багаторічномерзлих порід і утворення наскрізних (на півдні) або замкнених (на півночі) таликів.

Важливою особливістю будови мерзлих порід є наявність виділень льоду. Лід може знаходитися у породах як у вигляді окремих кристалів, так і у вигляді великих включень. Льодовиділення у вигляді включень спостерігається тільки в незцементованих пухких породах, достатньо зволожених і залягаючих неглибоко від денної поверхні. Найчастіше такі виділення спостерігаються в глинистих породах (глинах, супісках, суглинках), торфах і заторфованих породах і рідше – в пилуватих і дрібнозернистих пісках. Льодовиділенню сприяють висока вологість породи (вище максимальної молекулярної вологоємності) і неглибоке залягання рівня грунтових вод.

Виділення льоду утворюють своєрідні текстури і структури мерзлих порід. Типи текстур наступні: масивна (льодові кристали розподілені рівномірно по всій потужності породи) і шарувата (лід утворює тонкі прошарки і лінзи). Масивний тип текстури характерний для щільних порід з невисокою початковою вологістю, шаруватий – для порід слабко ущільнених з високою початковою вологістю.



Присутність льоду у мерзлих породах відіграє роль цементу і додає породі міцності і водонепроникності. Однак при танені льодових включень порода часто виявляється перезволоженою і набуває текучого стану, цілком втрачаючи при цьому несучу здатність. Особливо велику небезпеку представляють льодяні включення великого розміру.
3.3.2. Основні типи підземних льодів і процеси, що їх утворюють.
Конституційний лід утворюється в результаті промерзання вологих порід і має декілька різновидів.

Лід-цемент – найбільш широко розповсюджений різновид конституційного льоду. Утворюється він за рахунок замерзання води у вологих, але не насичених водою пухких гірських породах і заповнює пори між мінеральними зернами породи, не порушуючи її структуру і текстуру. Він цементує породи, надає їм міцності і робить їх водонепроникними. В зв‘язку з невиликим його вмістом у породах, перехід льоду в рідку фазу не викликає їх надлишкового зволоження. Тому з інженерно-геологічної точки зору цей різновид льоду є найбільш сприятливим.

Сегрегаційний лід відрізняється від льоду-цементу тим, що при його утворенні відбуваються явища кристалізаційної диференціації, підтягування води і утворення кристалів льоду, які розсувають мінеральні частки. в результаті відбувається зміна початкової структури і текстури породи. Сегрегаційний лід утворює лінзи, прошарки, включення різної форми і розміру. Розподіл льоду може бути різним: від безладного до строго орієнтованого, наприклад, до шаруватості породи. Останній вид розподілу льоду досить поширенний і надає породі своєрідної грубої шаруватості. На глибині 10-20 м льодяні прошарки зазвичай зникають, і текстура породи стає масивною. При переході сегрегаційного льоду в рідку фазу відбувається перезволоження породи і, як наслідок, зниження несучої здатності.

Ін‘єкційний лід утворюється внаслідок проникнення води в породу під тиском. Тиск створюється за рахунок промерзання водовмісної породи і зменшення живого перерізу потоку грунтових вод. Такий тиск може досягати 250 МПа. Форми ін‘єкцій можуть бути різними. Найчастіше вода проникає в породу по тріщинах, контактах, шаруватості і т.д. При цьому утворюються поклади у вигляді лінз, штоків або прошарків. Інколи тиск води виявляється настільки сильним, що вона підіймає верхні шари породи і утворюються бугри пучіння. Перехід ін‘єкційного льоду в рідку фазу може супроводжуватися просіданнями грунту і становить велику небезпеку для споруд, що будуються.

Жильний лід заповнює морозобійні тріщини, які утворюються в гірських породах внаслідок зменшення їх об‘єму при охолодженні. Виникають вони в тих місцях, де напруження перевищують міцність гірських порід на розрив. Утворившись одного разу, тріщини продовжують розширюватися протягом всього морозного періоду і закриваються тільки весною, коли відбувається розширення порід в результаті нагрівання. Тріщини розбивають мерзлі породи на полігональну окремість правильної форми в однорідних і неправильної форми в неоднорідних породах. При подальшому падінні температури і охолодженні всередині великих багатокутників можуть утворюватися багатокутники другого і навіть третього порядку. Потім тріщини заповнюються памороззю або водою, внаслідок чого в них утворюються невеликі льодяні жили або клини. В літній період льодяні жили відтають, і тріщини закриваються, але послаблені поверхні залишаються. Тому в наступні роки жили часто утворюються на попередніх місцях і продовжують рости в ширину і вглиб. В зв‘язку зі збільшенням розмірів, у літній період вони вже не встигають повністю відтанути, а зимою знову продовжують розростатися. В результаті утворюються багаторічні жили, що досягають іноді величезних розмірів. Їх довжина може досягати десятків метрів, в окремих випадках сотень, а глибина від 1-2 до 6-7 м; форма клиновидна (ширина зверху до 3-4 м).

Особливо великих глибин досягають жили льоду сингенетичного характеру, які формуються одночасно із накопиченням осадків. В цьому випадку жили поширюються в товщу порід на десятки метрів за глибиною. Інколи вони розростаються настільки, що гірські породи всередині полігонів набувають форми земляних стовпів або колон, оточених з усіх боків льодом. Жильні льоди утворюються переважно в глинистих породах, торфах і дуже рідко – у пісках та гравійно-галькових відкладах.

Жильні льоди представляють собою велику небезпеку: при зміні температурного режиму відбуваються просідання чи провали поверхні внаслідок відтанення льоду.

Печерно-жильні льоди утворюються в карстових печерах і різних тріщинах (вивітрювання, тектонічних) гірських порід. Великого практичного значення не мають.

Поховані льоди утворюються за рахунок захоронення під шаром наносів льоду рік, озер, морів, наледей, сніжників, відступаючих льодовиків. При цьому потужність шару наносів більша, ніж глибина сезонного відтанення. Такі льоди не мають великого інженерно-геологічного значення через обмежене розповсюдження.
3.3.3. Фізичні процеси у промерзаючих гірських породах.

Фізичні і механічні властивості мерзлих і відталих гірських порід.
Явища промерзання і відтанення рихлих гірських порід супроводжуються процесами фазових перетворень, міграції вологи, росту льодяних кристалів. Зазвичай це призводить до істотних змін у структурі, текстурі, фізичному стані і фізико-механічних властивостях гірських порід.

Мерзлі гірські породи представляють собою складну чотирифазну багатокомпонентну систему. Вона складається з твердих мінеральних часток, води у твердому (лід), рідкому і газоподібному стані (пара) і деякої кількості газів.

Вміст води у різних фазах залежить від параметрів системи – температури і тиску. Чим нижчою є температура, тим менше в гірських породах міститься води у рідкій фазі. Однак навіть при дуже низьких температурах деяка частина води, адсорбована на поверхні мінеральних часток, залишається в рідкому стані.

Це положення підтверджується дослідами на визначення вмісту незамерзлої води (Wнз) у мерзлих породах. Результати показують, що температура замерзання води залежить від ступеню дисперсності породи. У пісків промерзання води завершується при температурах, близьких до 00С, в глинах воно відбувається в досить значному інтервалі температур і навіть при t=300С вологість грунту дорівнює 12%.

Перехід води в лід супроводжується виділенням значної кількості тепла (приблизно 80 кал на 1 г води). Тепло, що виділяється, затримує подальше промерзання породи. Раніше вважалося, що температура замерзання води в гірських породах дорівнює 00С. Насправді воно відбувається в досить значному інтервалі температур. Тому границя замерзання-відтанення не має чіткого геометричного вигляду, а представляє собою більш-менш значну за потужністю зону. У пісків її потужність менша, у глинистих породах більша.

Вище розглядався вплив на промерзання і фазові переходи лише одного чинника – температури. Дослідження показали, що цей процес залежить і від зовнішнього тиску: чим він більший, тим більша кількість незамерзлої води міститься в пухких гірських породах. Явище промерзання гірських порід і кристалізації води супроводжується процесами міграції і перерозподілу вологи. Пересування вологи в породах відбувається при промерзанні у формі плівкової води. Вона перетікає під дією молекулярних сил від товщих плівок до тонших. Тонкі плівки уиворюються там, де починається кристалізація води, тобто біля фронту промерзання. Таке постійне перетікання і кристалізація нових надходжень води призводить до утворення в породі кристалів, лінз, прошарків та ін. включень льоду і виникнення тих своєрідних текстур мерзлих порід, про які вже говорилося.

Льодовиділення в гірських породах супроводжується збільшенням їх об‘єму (частково за рахунок переходу води в лід, в основному ж за рахунок міграції води до фронту промерзання). Це явище отримало назву морозного пучіння. Величина пучіння залежить від складу пухкої породи, її вологості й щільності, наявності джерел притоку води до фронту промерзання, а також від швидкості промерзання. Різні за скалдом і будовою породи по-різному піддаються пучінню. Найзначнішими є величини пучіння у пилуватих суглинків, тобто ця порода найбільш небезпечна відносно пучіння.

Основною характеристикою міцності мерзлих грунтів є їх зчеплення. Воно визначається міцністю зв‘язків, які утворюються в системі “мінеральні частки – незамерзла вода”. Сили зчеплення у мерзлому грунті не залишаються постійними, а змінюються з часом і під впливом зміни температури й вологості.

Фактор часу позначається в релаксації (послабленні) сил зчеплення. Релаксація відбувається внаслідок спливання льоду і зміни його структури та інших причин. В зв‘язку з цим при оцінці мерзлих грунтів розрізняють миттєву міцність і довготривалу міцність. Миттєва міцність може бути досить значною (десятки і сотні паскалів), а довготривала у багато разів меншою. Прикладом може бути випробовування на розрив мерзлих супісків. При температурі –4,50С миттєвий опір мерзлого супіску дорівнював 2 МПа, а довготривалий (зразок не руйнувався протягом чотирьох років) лише 0,18 Мпа, тобто різниця становить більше, ніж 11 разів. Міцність мерзлих порід залежить також від їх температури – тут пряма залежність між міцністю і низькою температурою для всіх різновидів пухких порід.

Міцність мерзлих порід збільшується зі збільшенням вологості (льодистості), але до певної межі: приблизно до такої, що відповідає повному насиченню пор водою. При подальшому збільшенні льодистості міцність починає знижуватися.


3.3.4. Фізико-геологічні явища, характерні для областей розвитку багаторічномерзлих порід.
Найважливіші з небезпечних явищ – термокарст, наледі, бугри пучіння, соліфлюкція.

Термокарст. Спостерігається в місцях розвитку викопних льодів або льодистих пухких порід. Має форми, що нагадують карстові (лійки, блюдця, котловини осідання) внаслідок просідання і провалів поверхні. Однак, на відміну від справжнього карсту, ці форми виникають не в результаті вилуговування гірських порід, а внаслідок танення підземних льодів чи відтанення льодистих гірських порід. Завдяки схожості морфологічних форм зі звичайним карстом (але з інших причин) цей процес дістав назву термокарсту.

Причини протанення підземних льдів полягають у зміні кліматичних умов, діяльності людей (вирубування лісу, оранка цілини, меліоративні заходи, гідротехнічне будівництво і т.д.). Генетична класифікація термокарсту запропонована С.П.Качуріним. Всі форми термокарсту він ділить на дві великі групи: а) власне термокарст, який за своїм походженням пов‘язаний лише з явищем протанення підземних льдів, і б) термокарст змішаного походження, в утворенні форм якого, крім протанення підземних льдів, беруть участь інші фізико-геологічні процеси: суфозія, просадки в лесових породах тощо.

Морфологічні форми термокарсту досить різноманітні. Звичайною формою є лійки і провали від декількох метрів до кількох кілометрів у поперечнику. Глибина лійок становить від кількох метрів до кількох десятків метрів. Крім вказаних, зустрічаються форми з м‘якшим профілем – блюдця і просадкові улоговини. Як правило, всі ці форми зустрічаються великими групами. Майже всі лійки і провали з часом заповнюються водою і перетворюються на озера.

Розвиток термокарсту починається з появи невеликої западини, яка в більшості випадків заповнюється поверхневими або незамерзаючими водами. Акумулюючи значну кількість тепла, вода прискорює розвиток термокарстового процесу, і невелика западина швидко перетворюється в лійку, а потім змінюється обширним провалом. Швидкість росту провалів в ширину часто досягає метрів чи десятків метрів протягом одного літнього сезону. В період активного росту термокарстові форми мають зазвичай великі обривисті схили, зі слідами свіжих зсувів і обвалів, тріщинами і т.д.

Завершення процесу настає при повному витаненні підземного льоду. Вода в озерах майже завжди поступово висихає, на місці термокарсту залишаються чисельні замкнені і напівзамкнені улоговини з пласким дном і невеликими чітко окресленими бортами. Ці форми отримали назву аласів. Розміри аласів становлять від 100 м до 2-3 км у плані і 20-40 м за глибиною. Зливаючись між собою, утворюючи складні розгалуження, інколи вони стають шляхами поверхневого стоку і перетворюються в долини (аласоподібні долини). На дні аласів часто зустрічаються багаторічні бугри пучіння.

Наледі (полії) виникають у місцях виходу на денну поверхню підземних вод у вигляді постійних чи тимчасових джерел, а також внаслідок проривань на поверхню озерних, річкових або підземних вод. Внаслідок промерзання таких вод утворюються льодяні натіки – наледі (полії). Залежно від джерела живлення розрізняють: 1) наледі річкові та озерні; 2) грунтові, які утворюються за рахунок прориву на поверхню підземних вод (надмерзлотних чи підмерзлотних вод річкових долин); 3) ключові, пов‘язані з виходом на поверхню підземних підмерзлотних вод (так звані тарини). Інколи наледі бувають змішаними за своїм живленням. За тривалістю існування вони поділяються на однорічні або багаторічні. На пласких поверхнях утворюються наледі-покриви, на пологих схилах – наледі-патьоки, на крутих схилах – наледі висячі. Розміри наледей складають від кількох десятків м2 до кількох тисяч і навіть десятків тисяч м2.

Річкові наледі утворюються на всіх річках, які промерзають і не промерзають до дна. Причина їх утворення – промерзання річок, яке в області поширення багаторічномерзлих порід відбувається не лише згори, але й знизу. При цьому ще незамерзла вода опиняється під дією значного гідростатичного тиску. Вода проривається на поверхню, проламуючи лід або шар мерзлих порід біля берегів річки. Розливаючись по поверхні і промерзаючи, вода утворює наледі – льодяні бугри висотою до 2 –5 м, діаметром до 50-100 м.

Грунтові наледі надмерзлотних вод діють зазвичай тільки на початку зими і утворюються найчастіше в долинах річок біля підошви схилів та в різних улоговинах і пониженнях. Досить часто наледі цього типу утворюються поряд з побудованими спорудами, особливо дорогами (невеликі нальоді). Грунтові нальоді, пов‘язані в долинах річок з таликами, часто формуються всю зиму і досягають середніх та великих розмірів. Процес їх утворення близький до процесу утворення наледей на річках. Відмінність полягає тільки в тому, що перемерзає в цьому випадку не живий переріз річки, а товща водоносних порід сезоннотанучого шару. Проривання води на денну поверхню зазвичай спостерігається там, де потік грунтових вод виявляється найбільш стисненим глибоким промерзанням товщі порід з поверхні. Такими місцями часто бувають автодороги: очищене від снігу дорожне полотно промерзає на значну глибину і швидше, ніж навколишня місцевість. Це створює перешкоди на шляху підземних вод, які часто прориваються на денну поверхню, заливають дорожне полотно і призводить до утворення наледей з нагірного боку дороги.

Для боротьби з такими наледями часто влаштовують так звані мерзлотні пояси. Ідея полягає в тому, щоб відсунути наледь, яка утворюється, подалі від дороги. Для цього з нагірного боку канави влаштовується широка неглибока канава. Грунт під канавою швидко промерзає і утворює перетинку, яка перегороджує шлях воді, що фільтрується. Це викликає утворення нальоді вище над дорогою. Мерзлотний пояс регулярно очищають від снігу взимку і вкривають теплпоізоляційним матеріалом влітку.

Для боротьби з великими наледями застосовується снігоутримання та інші заходи, які зменшують глибину промерзання порід на налідній ділянці (скидання теплих вод, утеплення порід сніговими голками і т.п.).

Бугри пучіння. Утворення ін‘єкційних льодів пов‘язане з прориваннями в товщу порід підземних вод, які перебувають у період промерзання під значним гідростатичним тиском. Часто внаслідок цього утворюються бугри пучіння. Вони можуть бути сезонними й багаторічними. Сезонні часто зустрічаються в районах з пересіченою місцевістю: біля підніжжя схилів, у долинах невеликих річок і т.п., де вони виникають внаслідок промерзання потоків грунтових вод. У рівнинних місцях бугри пучіння зустрічаються рідко. Висота багаторічномерзлих бугрів не перевищує 2-3 м. В літній період сезонні багаторічномерзлі бугри пучіння піддаються частковому або повному руйнуванню. Починається воно з протанення вершинної частини бугра, внаслідок чого покрівля бугра провалюється і в його центрі утворюється невелике термокарстове озерце.

Багаторічномерзлі бугри пучіння утворюються в місцях розвитку постійних таликів (під річками та озерами) або на виходах підземних вод. Вони мають великі розміри: висотою до 20-25 , інколи до 40 м і називаються вони гідролаколітами. У діаметрі вони досягають десятків, інколи сотень метрів. Інколи ядра гідролаколітів складаються з чистого льоду, інколи – з льодонасичених пухких порід. Потужність покрівлі бугрів часто досягає 5-8 м.



Термоабразія берегів водоймищ. Це поєднання процесів абразії й теплового руйнування порід внаслідок їх відтанення, яке відбувається на берегових схилах. Термоабразія найчіткіше виражена там, де гірські породи, що складають берегові схили, містять великі включення льоду. У процесі термоабразії значну роль відіграє утеплювальна дія річкових, озерних чи морських вод, які в літній період нагріваються до позитивної температури. Стикаючись з гірськими породами берегів, нагріваючи і розмиваючи їх, хвилі утворюють ніші, які поступово поглиблюються, розширюються і утворюють береговий укіс. Швидкість термоабразії залежить від морфології, будови берегових схилів, ступеня льодистості порід, характеру хвилювань і прибережних течій. Смуга термоабразії досягає ширини від 1-3 до 40 і більше метрів за рік.

Соліфлюкція. Це процес переміщення по схилах водонасичених пухких відкладів внаслідок значної дії сили тяжіння і процесів, пов‘язаних з промерзанням і відтаненням порід. Основна причина соліфлюкційних зрушень – перезволоження пухких порід, що переводить їх у текучу консистенцію. цьому сприяє водотрив із багаторічномерзлих порід, який залягає на невеликій глибині. При значних нахилах поверхні (7-100) весь шар відтанення зміщується як єдине ціле і утворюються спливанняи, що нагадують зсуви. Вони можуть мати раптовий характер і значну швидкість. При малих нахилах поверхні (2-50) рух набуває характеру повільної в‘зкої течії, що охоплює одночасно великі площі схилів. Загальна потужність шару, що перебуває в русі, не перевищує 0,2-0,5 м. Породи, які зміщуюються, утворюють у нижній частині схилу похилі натічні тераси.

Поширеною формою соліфлюкційних зміщень є також земляні потоки. Ці форми утворюються в результаті повільного пересування дрібнозему вздовж невеликих улоговин, які прорізають поверхні схилів.


3.3.5. Деформація споруд внаслідок явищ промерзання і відтанення.
В області розвитку талих грунтів все навантаження від споруди приймає на себе грунт під фундаментом. Ті ж грунти, що торкаються бокових граней фундаментів, ніяких напружень не відчувають. При замерзанні грунтів картина міняється. Грунти, що оточують фундаменти, міцно змерзаються з їхніми боковими гранями. В результаті напруження передаються від основи не лише через підошву, але й через бокові грані фундаментів.

В умовах нормальної роботи фундаментів всі зусилля, що передаються від споруди на основу, компенсуються реакцією основи. В процесі ж пучіння на фундамент починає діяти додаткова сила випучування, спрямована, як і реакція основи, вгору. Якщо величина сили випучування перевищить сумарну величину тиску, який передається на основу, і сили змерзання грунту з фундаментом, то буде спостерігатися явище пучіння, яке може призвести до деформації споруди.



При однорідному фундаменті випучування по всьому периметру матиме приблизно однакову величину, і це добре для споруди. При неоднорідній основі неминучим є нерівномірне пучіння і поява в фундаментах небезпечних напружень, які викликають утворення тріщин та інші деформації. Основні заходи боротьби з пучінням у промисловому і цивільному будівництві наступні:

  1. осушення грунтів шляхом відведення поверхневих і зниження рівнів грунтових вод (відкриті і закриті дренажі);

  2. утеплення грунтів біля фундаментів за допомогою теплоізолюючого відмощення або штучного обігрівання;

  3. збільшення навантаження на фундаменти і питомого тиску на їх бокову поверхню;

  4. застосування протипучинних засипок у котлованах біля фундаментів з матеріалів, які не піддаються пучінню (гравій, галька);

  5. посилення анкерування фундаментів (закладання фундаментів у товщу багаторічномерзлих порід, розширення фундаментної подушки тощо);

  6. збільшення жорсткості конструкцій споруд.

Якщо грунти переходять із мерзлого стану в талий, то осідання споруд можуть мати катастрофічний вигляд. Тут розрізняють два види деформацій: а) осадку витанення, що відбувається лише в результаті витанення льоду; б) осадку обтискання, яка відбувається в результаті ущільнення грунту під впливом його власної ваги і додаткових навантажень від споруди. На практиці майже завжди спостерігаються обидва види деформацій.
3.3.6. Особливості інженерно-геологічних досліджень в умовах розвитку багаторічномерзлих порід.
Головними завданнями інженерно-геологічних досліджень в районах поширення багаторічномерзлих порід є:

  1. Встановлення наявності й типу багаторічномерзлих порід у площинному і вертикальному поширенні.

  2. Визначення глибини залягання верхньої межі багаторічномерзлої товщі і характерних потужностей шарів сезонного промерзання і відтанення.

  3. Визначення в окремих випадках потужності багаторічномерзлих порід.

  4. Встановлення температурного режиму товщі мерзлих порід на необхідну глибину ( залежно від будови мерзлої товщі і виду будівництва).

  5. Вивчення стуктури і текстури мерзлих порід, наявності, умов залягання і типу підземних льдів.

  6. Вивчення фізико-механічних властивостей мерзлих порід у замерзлому стані і після відтанення.

  7. Встановлення характеру і поширення явищ, пов‘язаних з промерзанням-відтаненням, і таких, що становлять небезпеку (наледі, бугри пучіння, термокарст, соліфлюкція тощо).

  8. Вивчення залежності мерзлотних умов від географічної обстановки (рельєф, грунтовий і рослинний покрив), геологічної будови і гідрогеологічних умов району досліджень.


3.3.7. Умови будівництва в районах розвитку багаторічномерзлих порід.
Для попередження небезпечних деформацій тут застосовують декілька методів будівництва. Вибір методу залежить від геоморфологічних, геологічних, гідрологічних, кліматичних і мерзлотних умов будівельного майданчика, властивостей грунтів основи, а також від характеру забудови, температурного режиму споруд і т.п.

Згідно з будівельними нормами рекомендуються наступні методи будівництва: 1) без врахування вічномерзлого стану грунтів основи; 2) зі збереженням вічномерзлого стану грунтів протягом всього періоду існування споруди; 3) з можливістю відтанення грунтів у процесі будівництва і експлуатації споруди; 4) з попереднім відтаненням мерзлих грунтів до закладення фундаменту.

Перший метод може застосовуватися у випадках, коли основою споруд на всю глибину відтанення є скельні і напівскельні породи. Вони не повинні мати значних тріщин, заповнених льодом або мерзлим грунтом. Крім того, цей метод застосовується, якщо в основі споруд на всю глибину відтанення залягають всі види малостисливих порід, що підстеляються скельними грунтами.

Другий метод застосовується для будівель, що не опалюються, а також для споруд, що опалюються або виділяють тепло, із застосуванням заходів по збереженню вічномерзлого стану грунтів основи. Цей метод використовується головним чином у тих випадках, коли мерзлі грунти мають велику потужність ( більшу від 15-20 м) і стійкий температурний режим, а споруда не виділяє великої кількості тепла. Тоді все обходиться без складних констуктивних рішень і без суттєвих витрат. При застосуванні другого методу глибина протанення залишається меншою від глибини закладання фундаментів. Для збереження мерзлого стану грунтів застосовуюються спеціальні охолоджувальні пристрої, які використовують головним чином холодне зовнішнє повітря. Це можуть бути відкриті підпілля чи вентиляційні канали. Крім того, при будівництві споруд, що опалюються, застосовуються також спеціальні конструкції підлоги і стін (прокладки з теплоізолюючих матеріалів), влаштування захисту від поверхневих і підземних вод.

Третій метод використовують для споруд, які опалюються і виділяють тепло, якщо визначені розрахунком осідання за величиною і нерівномірністю (перекос, крен, прогин), а також швидкістю не перевищують допустимих величин. Цим методом користуються переважно у випадках, коли збереження мерзлого стану порід є технічно неможливим або ж економічно невигідним (нестійкий термічний режим мерзлих грунтів, споруди з великою кількістю тепла і т.п.). Фундамент закладається в товщу мерзлих грунтів, але в процесі будівництва чи експлуатації грунти частково відтають. При цьому виникає небезпека значних нерівномірних осідань: а) під впливом нерівномірного відтанення грунтів; б) через нерівномірну стисливість грунтів після відтанення. Цей метод вимагає спеціальних конструктивних заходів, тому його ще називають конструктивним (збільшують жорсткість конструкції залізобетонними перекриттями, поясами, армуванням стін тощо).

Четвертий метод застосовується, якщо нерівномірне відтанення основи при її експлуатації є неприпустимим і недоцільним є застосування заходів по збереженню багаторічно мерзлого стану. Суть методу полягає в штучній зміні умов будівництва і наближенні їх до умов, що панують в районах поширення звичайних талих грунтів. Це досягається тим, що грунти після відтанення піддаються ущільненю за допомогою спеціальних заходів (осушення відталого масиву дренуванням і водопонижувальними установками, ущільнення грунтовими палями і т.д.). Для протанення грунтів може використовуватися сонячне тепло, нагріта вода чи тепло від електроенергії, пари і т.п.


Запитання для самоконтролю.

  1. Дайте означення поняттям «мерзла порода» і «морозна порода».

  2. Поясніть будову товщі багаторічно мерзлих порід.

  3. За яких умов у товщі мерзлих порід виникають талики?

  4. Якими є типи текстур мерзлих гірських порід?

  5. Назвіть основні типи підземних льодів у гірських породах.

  6. Як впливають температура і тиск на зледеніння гірських порід?

  7. Що таке морозне пучення? Якими є його форми?

  8. Назвіть фізико-геологічні явища, характерні для районів багаторічної мерзлоти.

  9. Які заходи вживають для протидії морозному пученню гірських порід?

  10. Назвіть головні завдання інженерно-геологічних досліджень в районах розвитку багаторічно мерзлих порід.




Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет