Основные геологические процессы. Современные геологические процессы

Экзогенные геологические процессы протекают в самых верхних частях земной коры или на ее поверхности и обусловлены лучистой энергией Солнца и силой тяжести.

Геологические агенты:

1. Выветривание.

2. Геологическая деятельность ветра.

3. Поверхностные воды:

а. дождевые и талые воды,

б. временные водотоки,

в. постоянные водотоки – реки,

г. озера, болота,

д. Мировой океан.

4. Подземные воды.

5. Геологическая деятельность ледников.

6. Геологическая деятельность человека (антропогенный фактор).

Виды работ, совершаемые геологическими агентами:

· разрушающая,

· транспортирующая,

· аккумулирующая.

Денудация – это совокупность процессов разрушения горных пород и переноса продуктов разрушения, вызванных и осуществляемых внешними геологическими агентами.

Денудация: площадная и локальная. Результат денудации:

· общее сглаживание рельефа местности,

· формирование денудационных равнин – пенепленов.

Выветривание

Выветривание – разрушения горных пород на месте их выхода под действием физических и химических процессов (колебания температуры, влажности, механические виды разрушения, взаимодействие каменных масс с активными химическими веществами: вода, кислород, углекислый газ, органические кислоты).

Иногда процессы действуют комплексно, иногда по отдельности. В зависимости от преобладания тех или иных процессов различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

Продукты выветривания:

· элювий – продукты выветривания, которые остаются на месте своего образования (современные образования). Мощность от 1миллиметра до десятков метров.

· делювий - продукты выветривания (обломочный материал), перенесенный вниз по склону талыми и дождевыми водами. Залегает в виде шлейфа по склону у подножия. Характерна сортировка обломков и параллельная склону слоистость.

· коллювий - обломочный материал, перенесенный вниз по склону за счет силы тяжести. Характерно отсутствие окатанности и сортировки, образование осыпей в местах с расчлененным горным рельефом.

Кора выветривания – совокупность всех продуктов выветривания, как оставшихся на месте, так и перемещенных, но не потерявших связь с материнской породой. Мы могли наблюдать линейную кору выветривания, представленную очень светлыми, кремовыми, с розоватым оттенком породами, в которых явно просматривается первичная порфировая структура.

Почва – слой коры выветривания, обогащенный гумусом. По возрасту выделяют древнюю (обычно перекрыта более молодыми породами, источник полезных ископаемых) и современную почву. Мы наблюдали черноземные почвы по ходу маршрута №1 в т.н. 2 вблизи кладбища.

Физическое выветривание

Физическое выветривание вызывается разнообразными факторами. В зависимости от природы воздействующего фактора характер разрушения горных пород при физическом выветривании различен. В одних случаях процесс разрушения происходит внутри самой горной породы без участия внешнего механически действующего агента. Сюда относится изменение объема составных частей породы, вызываемое колебаниями температуры. Такое явление называется температурным выветриванием. В других случаях горные породы разрушаются под механическим воздействием посторонних агентов. Такой процесс может быть условно назван механическим выветриванием.

Механическое выветривание происходит под механическим воздействием посторонних агентов. Особенно большое разрушительное действие оказывает замерзание воды. Когда вода попадает в трещины и поры горных пород, а потом замерзает, она увеличивается в объеме на 9-10%, производя при этом огромное давление. Такая сила преодолевает сопротивление горных пород на разрыв, и они раскалываются на отдельные обломки. Наиболее интенсивное расклинивающее действие производит замерзающая вода в трещинах горных пород. Такое же механическое воздействие на горные породы оказывает корневая система деревьев и роющие животные.

Дезинтеграцию пород вызывает так же рост кристаллов в капиллярных трещинах и порах. Это хорошо проявляется в условиях сухого климата, где днем при сильном нагревании капиллярная вода подтягивается к поверхности испаряется, а соли, содержащиеся в ней кристаллизуются. Под давлением растущих кристаллов капиллярные трещины разрушаются, что приводит к нарушению монолитности горной породы и ее разрушению.

Химическое выветривание

Разрушению горных пород под влиянием физического выветривания всегда в той или иной степени сопутствует химическое выветривание, а в ряде случаев последнее играет решающую роль. Это отражает тесную взаимосвязь различных форм единого процесса выветривания. Главными факторами химического выветривания являются:

· газы атмосферы: вода, кислород, углекислота,

· органические кислоты, под влиянием которых существенно изменяются структура, и состав минералов и образуются новые минералы, соответствующие определенным физико-химическим условиям.

Химическое выветривание происходит комплексно и всегда сопровождается коренным изменением состава минералов и замещением их новыми, в отличие от физического выветривания, при котором химический состав горных пород остается неизменным.

К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз.

Окисление

Окисление – переход одних соединений в другие, сопровождающийся присоединением кислорода.

Процессы окисления наиболее интенсивно протекают в минералах, содержащих закисные соединения железа, марганца и других элементов. Так, сульфиды в кислотной среде становятся не устойчивыми и постепенно замещаются сульфатами, окислами и гидроокислами. Направленность этого процесса можно схематически изобразить следующим образом:

FeS 2 + nO 2 + mH 2 O → FeSO 4 → Fe 2 (SO 4) 3 → Fe 2 O 3 ∙ H 2 O

пирит сульфат сульфат бурый железняк

закиси окиси (лимонит)

железа железа

Примером проявления физического и химического выветривания может послужить т.н. 9 – это обнажение кварцевых альбитофиров на левом берегу р. Шаты в 150 метрах от её устья вверх по течению. Кварцевые альбитофиры - это светло­-серые в свежем сколе породы, по трещинам сильно ожелезненные. Трещин настолько много, лимонита и гематита по трещинам тоже очень много, поэтому в целом всё обнажение выглядит не светло-серым, а ржаво-рыжим. Кварцевые альбитофиры – это стекловатые породы с большим количеством (до 2-3%) пирита (фото 3.1.1).

Фото 3.1.1. Физическое и химическое выветривание

Основные агенты здесь: сезонные и суточные колебания температуры, воздействие метеорных вод (дождевых), паводковых вод, действие солнечных лучей, расклинивающая деятельность корневой системы растений, окисление пирита, возникновение серной кислоты при преобразовании пирита и другие.

Гидратация

Гидратация – процесс поглощения или присоединения воды к минералам и образования новых водных соединений, который сопровождается увеличением объема породы и уменьшением плотности, при этом кристаллическая решетка не разрушается (гипс ↔ ангидрид).

Растворение

Растворение связано с воздействием на породы воды, в которой растворены активные ионы (Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , SO 4 2- , HCO 3-). С растворением связано образование карстовых пещер.

Гидролиз

Гидролиз – процесс обменного разложения минералов под влиянием воды и углекислоты.

Биологическое выветривание

В сложных процессах химического разложения минералов и горных пород велика роль биосферы.

Разрушению пород способствуют разнообразные животные. Грызуны роют значительное количество нор, рогатый скот вытаптывает растительность, а черви и муравьи разрушают поверхностный слой почвы. Особенно сильно разрушение ведется микроорганизмами. Деятельность корневой системы деревьев не однозначна, она разрушает горную породу, а так же удерживает ее своими корнями.

Так, в т.н. 14 маршрута №2, расположенной на правом склоне долины р. Шата можно видеть небольшой овраг, рассекающий склон. Правый склон оврага закреплён корневой системой сосен. Густое переплетение корневой системы сдерживает рост оврага (фото 3.1.2).

Фото 3.1.2. Закрепляющая деятельность корневой системы сосен

3.3. Гравитационные и водно-гравитационные процессы

Гравитационные процессы - это процессы, происходящие за счет силы гравитации. Происходит сортировка обломков на склоне по принципу, чем больше и тяжелее обломок, тем ниже по склону он будет находиться.

Водно-гравитационные процессы - это процессы, совершенные водой под действием силы гравитации, например оползни.

Оползень - перемещение грунтовых или земляных масс по склону под действием силы тяжести, связанное в большинстве случаев с деятельностью подземных вод. Оползшую массу называют оползневым телом, а поверхность, по которой происходит передвижение его вниз - поверхностью скольжения или поверхностью смещения. Самой распространенной формой оползня является грязевой оползень, или обвал. Иногда его следы можно заметить на подмытом рекой обрывистом берегу, где пласт грунта отделился от основы. Крупный оползень способен привести к значительным изменениям рельефа.
При оползнях гравитация заставляет твердые породы сползать вниз по склону, изменяя рельеф местности. Основную массу оползня составляют обломки горных пород, образовавшиеся в результате выветривания. Вода действует как смазка, уменьшая трение между частицами.

Иногда оползни движутся медленно, а иногда со скоростью до 100 м/сек. и более (обвалы). Самый медленный оползень называют крипом. За год он проползает всего несколько сантиметров, и заметить его можно только через несколько лет, когда стены построек, заборы и деревья склонятся под напором ползущей земли.

Примером крипа может послужить маршрута №5 (фото 3.3.1). Он расположен в устье Гематитового оврага в 30 метрах от нашего лагеря в правом борту р. Шата. Здесь мы наблюдали так называемый «пьяный лес», который является признаком оползня.

Фото 3.3.1. Крип

Перенасыщенность почвы или глины водой может вызвать грязевой поток, или сель. Бывает, что земля годами прочно держится на месте, но достаточно небольшого подземного толчка, чтобы обрушить ее вниз по склону.

В горной местности оползшая вниз масса образует пологий склон у подножия горы. Многие горные склоны покрыты длинными языками щебнистых осыпей.

Эрозионные процессы

Эрозия - разрушение горных пород и почв под действием геологических агентов (водные потоки, ветер), включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

На первых этапах развития речных долин, а также в верхней части русла эрозионная деятельность наиболее активно проявляется. Выделяют два главных вида движения воды: ламинарное и турбулентное. Существует два типа речной эрозии: донная и боковая.

Донная эрозия, ведущая к углублению речной долины, преобладает в начале развития речной долины и всегда сочетается с пятящейся эрозией. Объясняется это тем, что, при одинаковом уклоне русла (а значит и скорости течения) в низовьях и верховьях, в силу большей массы воды близ устья здесь и эрозия будет максимальна. Следовательно, выработка профиля равновесия происходит от устья к истоку. В результате вертикальных движений земной коры и разной прочности размываемых пород в русле могут возникать пороги и водопады, которые получают рольместных (локальных) базисов эрозии. Относительно них река разбивается на самостоятельно развивающиеся участки, и единый для всего русла профиль равновесия сформируется только после срезания местных базисов эрозии. Вследствие донной эрозии возникает V-образный поперечный профиль речной долины. Такой профиль мы наблюдали по ходу маршрута у р. Ключ, р. Усолки (поперечный профиль с крутыми бортами) и р. Шаты, где профиль долины V-образный, в основном с крутыми бортами, но с невыработанным продольным профилем (рис. 3.4.1).

Рис. 3.4.1. V-образный поперечный профиль р. Ключ в среднем течении.

Боковая эрозия, заключающаяся в размыве берегов, наибольшее развитие получает в поздние этапы жизни речной долины, когда с приближением к профилю равновесия уменьшится скорость течения в нижней и средней частях русла. Основными причинами ее возникновения являются турбулентность течения и ускорение Кориолиса. Благодаря боковой эрозии русло изгибается, появляются излучины. Вогнутые берега излучин активно размываются, дно под ними углубляется. Близ противоположного выпуклого берега скорость потока минимальна, поэтому здесь происходит отложение переносимого рекой материала и формируются прирусловые отмели. Под действием боковой эрозии речная долина расширяется, ее поперечный профиль приобретает U-образную форму. U-образный поперечный профиль имеет р. Пышма, а возле плотины мы наблюдали боковую эрозию, в этом месте река изгибается (фото 3.4.1).

Фото 3.4.1. р. Пышма

Речная эрозия играет ведущую роль в образовании пенеплена - практически ровная, местами слабовсхолмлённая поверхность (денудационная равнина), которая образовывалась в результате разрушения старых гор длительной эрозией, называемой денудацией. (фото 3.4.2)

Фото 3.4.2. Пенеплен

Овражная эрозия – процесс линейного размыва временными водными потоками поверхности склонов, берегов рек, приводящий к образованию и развитию оврагов и расчленению ими территории. Зарождение оврага чаще всего происходит на перегибах склона и в нижней его части. Овражная эрозия в первом случае распространяется регрессивно (вверх по склону) и трансгрессивно (вниз по склону). При зарождении оврага в нижней части склона овражная эрозия распространяется только регрессивно; если овраг возник в верхней части склона, то преобладает трансгрессивная овражная эрозия. Бурное развитие овражной эрозии обусловливает быстрый рост оврага в длину и глубину и формирование отвершков.

Во время нашей практики в крутой излучине р. Шаты мы наблюдали смену растительности и овраг на границе этой смены. Также на правом берегу р. Шаты рядом с нашим лагерем мы видели овраг Гематитовый с двумя отвершками, заросший травой. Иногда на склонах растут сосны, корни которых сдерживают рост оврага. Рядом с автомобильным мостом через р. Пышму недалеко от Автозаправочной станции (АЗС) хорошо наблюдалась разрушающая работа временных водных потоков, которые размывали породу вдоль грунтовой дороги, образуя узкий каньон. При дальнейшем воздействии этот каньон может преобразоваться в овраг.

Эндогенные процессы

Земная кора подвержена, постоянным воздействиям внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) сил, изменивших ее состав, строение и форму поверхности.

Внутренние силы Земли, обусловленные, главным образом, колоссальным давлением и высокой температурой глубинных толщ вызывают нарушения первоначального залегания пластов горных пород, в связи, с чем образуются складки, трещины, сбросы, сдвиги.

С деятельностью внутренних сил связаны землетрясения и магматизм.

Магматизм - сложный геологический процесс, включающий, в себя явления зарождения магмы в подкорковой области, перемещение ее в верхние горизонты земной коры и образование магматических горных пород.

Движение магмы к поверхности обусловлено, во-первых, гидростатическим давлением и во вторых, значительным увеличением объема, которым сопровождается переход твердых горных пород в состояние расплава.

Результатом деятельности внутренних сил является образование на земной поверхности гор и глубоких впадин.

Внутренние силы вызывают вековые колебания - медленные поднятая и опускания отдельных частей земной коры. Море при этом надвигается на сушу (трансгрессия) или отступает (регрессия). Кроме медленных вертикальных движений происходят также и горизонтальные смещения земной коры.

Раздел геологии, занимающийся изучением движений земной коры, изменяющих ее строение и формы залегания горных пород (складки, сбросы и др.), получил название тектоники. Тектонические процессы проявлялись на протяжении всей геологической истории Земли, менялась только их интенсивность.

Современные движения поверхности земной коры изучаются неотектоникой (наукой о новейших движениях земной коры).

Скандинавия медленно поднимается, а горное сооружение Большого Кавказа каждый год «вырастает» почти на 1 см. Очень медленные поднятия и опускания испытывают и равнинные участки Восточно-Европейской равнины, Западно-Сибирской низменности, Восточной Сибири и многих других районов.

Земная кора испытывает не только вертикальные, но и горизонтальные перемещения, причем их скорость составляет несколько сантиметров в год. Иными словами, земная кора как бы «дышит», постоянно находясь в замедленном движении.

Этот вопрос очень серьезный и в первую очередь имеет большое значение при строительстве крупных сооружений, а также при их эксплуатации. Поднятия и опускания, несомненно, имеют влияние на их сохранность, особенно на сооружения, имеющие линейно-удлиненные формы (например, плотины, каналы), а также водохранилища и др. объекты.

При разработке каменных карьеров и оценке прочности оснований сооружений необходимо также учитывать наличие в земной коре трещин, разломов, возникающих также в результате движений земной коры.

Следовательно, сведения о геологических процессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможность их появления, результаты изменений, происходящих в природе под влиянием естественных причин и деятельности человека.

При оценке какой-либо территории в связи со строительством объектов инженерная геология дает планирующим органам сведения о возможности и характере геологических процессов данного района. Прогноз должен даваться как во времени, так и в пространстве. Это позволит правильно и рационально проектировать сооружение с учетом всех инженерных мероприятий и нормальной эксплуатации.

В этой связи инженерная геология изучает также и те процессы, которых раньше не было на данной территории, но они могут возникнуть в результате деятельности человека. Эти процессы называются инженерно-геологическими. У них много общего есть с природными геологическими процессами, но есть и отличия.

Разница заключается в том, что инженерно- геологические процессы отличаются большой интенсивностью, более быстрым протеканием во времени, более ограниченной площадью своего проявления. Особенно большое воздействие сказывается на состоянии и свойствах пород.

Кора Земли обладает различной подвижностью, отсюда характерное для нее образование и сочетание платформ и геосинклиналей.

Платформы - это наиболее жесткие части земли, для них характерны сравнительно спокойные колебательные движения вертикального характера. Они занимают огромные пространства. К ним относятся Восточно Европейская, Сибирская платформы, Австралийская, Северо-Африканская и др.

Области, залегающие между платформами, называются складчатыми и являются их подвижными сочленениями.

В начале своего развития зоны складчатостей представляют собой морской бассейн, куда сносился обломочный материал. Накапливаются многокилометровые толщи осадков. В результате эндогенных процессов тектонические силы сминают накопившиеся осадочные толщи, происходит горообразовательный процесс. Так образовались Альпы, Карпаты, Крымские, Кавказские горы и другие.

Для районов геосинклиналей характерны разнообразные движения, но в основном складчатого и разрывного характера, что вызывает изменения первоначального положения пород и образование разломов.

Разломы на Земле могут быть скрытые под чехлом пород и могут быть хорошо выражены на поверхности.

Разломы - это зоны дробления коры, участки ослабленные, которые в свою очередь помогают ученым изучать различные явления, например землетрясения, изучать самые корни этого явления. В земной коре в результате вертикальных и боковых давлений происходит нарушение первоначального залегания пластов горных пород, с образованием складок сбросов, сдвигов и других тектонических форм.

Горами принято называть возвышенности, имеющие высоту более 500 м над уровнем моря, характеризующимся расчлененным рельефом.

Различают формы - хребты, горные цепи, горы массивные и даже глыбы.

5-7 млн. лет назад образовались Жигулевские горы - единственное в пределах Русской платформы уникальное тектоническое сооружение. По разлому в фундаменте поднялся блок. Движения осадочной толщи были плавными, без разрывов и смещения слоев относительно друг друга.

Образовавшаяся дислокация имеет форму складки с крутым северным крылом и пологим южным. Разлом в фундаменте проходит от города Кузнецка через город Сызрань, поселок Зольное и переходит на левый берег р.Волги. Сокольи горы являются продолжением Жигулей. Самарская Лука и Сокольи горы - часть общего куполообразного тектонического поднятия, которое постепенно становится пологим на восток, юг и запад. На южном крыле флексуры располагается г.Самара.

Горные породы, слагающие горы залегают обычно в виде пластов (слоев). Если пласты расположены горизонтально или немного под уклоном, носят название нормального залегания. Параллельное залегание нескольких пластов называется согласным залеганием.

Простейшей тектонической структурой служит моноклиналь (рис.2), где пласты имеют общий наклон в ту или другую сторону.


Складка - это один сплошной перегиб слоев, возникающий в результате воздействия на породы вертикальных тектонических сил (рис.3).

Рис.3 Антиклиналь (А) и синклиналь (С): 1 -1 оси складки, 2 складки, 3 - крыло складки, 4 - ядро складки

Выделяют два главных типа складок: антиклиналь- повернутую выпуклой частью вверх и синклиналь - обратную форму.

Первая складка характеризуется тем, что в ее центральной части или в ядре, залегают более древние породы, во второй - более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки наклонить, положить на бок или перевернуть.

У каждой складки существуют определенные элементы: крыло складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки.

Характер наклона осевой поверхности складки позволяет выделять следующие виды складок: прямые, наклонные, опрокинутые, лежачие, ныряющие (рис. 4).

В зависимости от положения осевой плоскости складки делятся на


Рис.4 . Классификация складок по наклону осевой поверхности и крыльев (складки изображены в поперечном разрезе): а - прямая; б- наклонная; в - опрокинутая; г - лежачая; д - ныряющая

При определенных условиях возникает разновидность этого типа дислокаций - флексура - коленоподобная складка (рис.5), образовавшаяся при смещении одной толщи пород относительно другой без разрыва сплошности.


Рис.5 Флексура

Необходимо запомнить, что при выборе площадок для строительства в районе со складчатым характером залегания пород всегда в вершинах складок породы более трещиноватые, даже иногда раздроблены, что естественно ухудшает их технические свойства.

При горизонтальном движении горных пород возникают тектонические напряжения.

Если тектонические напряжения увеличиваются, то в какое-то время может быть превышен предел прочности горных пород и тогда эти напряжения могут разрушиться или разорваться - образуется разрывное нарушение, разрыв и разлом, а вдоль этой плоскости разрыва происходит смещение одного массива относительно другого.

Тектонические разрывы, как и складки, чрезвычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и т. д.

Основные формы разрывных дислокаций - сброс и взброс. Эти формы характеризуются возникновением разрывов пластов и последующим относительным перемещением разорванных частей. Они возникают по месту разрыва перемещения пластов вверх (взброс) или вниз (сброс) (рис. 6).





Рис.6 Сброс. Взброс



Грабен – это, когда опускается участок земли между двумя неподвижными

(Красное море)(рис.7).

Рис. 7 Грабен. Горст.

Знаменитое озеро Байкал, крупнейшее в мире хранилище пресной воды, как раз и приурочено к асимметричному грабену, в котором наибольшая глубина озера достигает 1620 м, а глубина днища грабена по осадкам плиоценового возраста (4 млн лет) составляет - 5км. Байкальский грабен многоступенчатый и является частью сложной рифтовой системы молодых грабенов, имеющей протяженность 2500 км

Горст – это, когда участок поднимается между двумя неподвижными крыльями.

Сдвиг и надвиг – это горизонтальное смещение слоев (рис.8). В результате этих процессов более молодые породы могут оказаться погребенными под более древними.


Рис. 8 Сдвиг. Надвиг.

Сдвиги и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать важные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Но на поверхности никаких признаков нефти нет, и чтобы добраться до нее, надо пробурить 3 - 4-километровую толщу совсем других пород.

Виды залегания слоев, их мощность, состав необходимо учитывать при строительстве.

Так, с инженерно - геологической точки зрения наиболее благоприятным является горизонтальное залегание слоев, большая их мощность и однородный состав, В этом случае созданы условия для предпосылок равномерной сжимаемости пластов под весом сооружений, наибольшей устойчивости (рис.9).

Рис. 9 Неблагоприятные и благоприятные условия строительства.

Наличие дислокаций, геологических нарушений резко изменяет и усложняет инженерно- геологические условия строительных площадок.

Например, строительство на пластах с крутым падением может оказаться очень неблагоприятным.

При наличии, например, сбросом, надвигов расположенных на больших пространствах, следует выбирать место для сооружений в удалении от линии разлома.

Сейсмические явления

Землетрясения - резкие сотрясения земной коры, обычно вызванные естественными причинами.

Изучаются землетрясения наукой - сейсмологией (от греч. сейсмос - сотрясаю).

По происхождениюземлетрясения подразделяют на:

Тектонические, вулканические, обвальные(денудационные), ударные

(метеоритные) и антропогенные (искусственные, вызванные человеком).

Тектонические - обусловленные перемещением пород в глубинных недрах земли.

Вулканические- вызваны процессами извержения вулканов.

Ударные- вызванные ударами метеоритов.

Антропогенные- искусственные, вызванные человеком.

Слабые сотрясения этого типа регистрируются приборами непрерывно. За год их насчитывается более миллиона. Большинство их не ощущается. Почти каждую минуту на Земле происходит 2 - 3 макросейсмических удара, а мегасейсмические - катастрофические землетрясения наблюдаются 1-2 раза в год. Обычно происходит несколько сот, приносящих минимальный ущерб и oт 20 крупных.

Вулканические землетрясения происходят при вулканических извержениях, могут достигать большой силы, но ощущают только в непосредственной близости от вулкана.

Ударные (метеоритные, космогенные) землетрясения в настоящий период отмечались только при падении очень крупных метеоритов (в 1908году. Тунгусским метеорит и в 1947 г. Сихотэ-Алиньский).

Антропогенныеземлетрясения не принято описывать в разделах, посвященных описанию землетрясений, возникающих под действием природных факторов. Однако деятельность человека, часто приводит к возникновению таких сотрясений, которые вполне соизмеримы с обвальными землетрясениями.

В центре очага условно выделяется точка, называемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром.

Из гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны. Различают два типа волн; продольные и поперечные.

Первые вызывают колебания частиц горных пород вдоль, вторые -перпендикулярно к направлениям сейсмических лучей.

Продольные волны обладают наибольшим запасом энергии. Разрушение зданий и сооружений обусловлено воздействием главным образом продольных волн.

Поперечные волны несут меньший запас энергии, скорость их в 1,7 раза меньше. Они не распространяются в жидких и газообразных средах.

При оценке разрушительного воздействия сейсмической волны большое значение имеет угол, под которым она проходит из гипоцентра к поверхности земли. Его величина может быть различной.

Степень разрушительности землетрясений оценивается по величине ускорения горизонтальной составляющей (λ).

Максимальная величина ее вычисляется по формуле:

где: Т - период, сек.

А - амплитуда сейсмической волны, мм.

Для оценке силы землетрясения употребляется коэффициент сейсмичности

где g- ускорение силы тяжести.

При расчете сооружений, а также определении устойчивости откосов курьеров величина горизонтальной составляющей сейсмической волны (сейсмической инерционной силы) определяется по формуле:

где Р - вес сооружения или оползневого массива, т.

Угол подходасейсмических волн к поверхности земли тоже влияет на силу землетрясения.

Наибольшую опасность вызывают те очаги, из которых сейсмические волны подойдут к поверхности под углом 30-6Оградусов, В этом случае особенно большую роль в проявлении силы сейсмического толчка будут играть инженерно- геологические условия.

На увеличение балльности землетрясения влияют обводненные грунты. Отмечено, что в пределах верхней 10- метровой толщи повышение грунтовых вод влечет постоянное приращение балльности.

Анализ сейсмических геологических и геофизических данных позволяет заранее наметить те области, где следует ожидать в будущем землетрясение и оценить их максимальную интенсивность.

В этом сущность сейсмического районирования.

Карта сейсмического районирования - официальный документ,

который обязаны принимать в расчет проектирующие организации в сейсмических районах. Строгое соблюдение норм сейсмостойкого строительства позволяет значительно снизить разрушительное воздействие землетрясения.

Сила землетрясений оценивается по ряду признаков; смещению грунтов, степени повреждения зданий, изменению режима грунтовых вод, остаточным явлениям в грунтах и т.д.

В России для определения силы землетрясения принята 12-балльная шкала, по которой самое слабое землетрясение оценивается в 1 балл, самое сильное - в 12 баллов.

Строительство сооружений и проектирование карьеров в сейсмических районах

В районах, подверженных землетрясениям (от 7 баллов и выше) , ведется антисейсмическое строительство, при котором осуществляются мероприятия, направленные на повышение сейсмостойкости зданий и сооружений,

В сейсмических районах, в которых максимальная сейсмичность не превосходит 5 баллов, никаких особых мероприятий не предусматривается.

При 6 баллах строительство ведется с применением соответствующих строительных материалов, а также предъявляются более высокие требования к качеству строительных работ:

При проектировании сооружений в районах с возможным 7 -9-балльным землетрясением необходимо применение специальных мероприятий, предусмотренных в особых нормативах.

В этих районах при выборе места, для сооружений необходимо стремиться размещать их на участках, сложенных массивными породами или мощными толщами рыхлых отложений с глубоким залеганием уровня грунтовых вод.

Опасно размещение сооружений в зонах, разбитых сбросами.

Конструкции зданий делаются по возможности более жесткими. Для этой цели предпочтительно применять железобетонные монолитные конструкции.

Как правило, устраиваются один-два и более железобетонных поясов.

Избегают тяжеловесные архитектурные украшения.

Контуры здания в плане предусматриваются возможно более простыми, без входящих углов.

Ограничивается высота зданий.

Большое значение при проектировании сооружений имеет соблюдение следующего принципа: период собственных свободных колебаний сооружения не должен резко отличаться от периода сейсмических колебаний, характерных для данной местности.

Соблюдение этого условия помогает избежать возникновения резонанса (сложение однозначных, совпадающих по фазе колебаний), который может привести к полному разрушению зданий.

Если периоды колебаний оказываются близкими, то изменяется жесткость сооружения или способ устройства фундаментов и оснований.

При проектирования в сейсмических районах карьеров строительных материалов и различных выемок необходимо помнить, что при землетрясениях устойчивость откосов резко снижается.

Это заставляет ограничивать высоту я крутизну стенок выемок. При несоблюдении этих требований при землетрясениях неизбежны обвалы и оползни. При расчетной величине землетрясений в 7 баллов глубина выемки должна быть не более 15-16м. В районах с 8-балльным землетрясением -14-15м.

Экзогенные процессы

Коренные породы возникли на некоторой, иногда значительной глубине в недрах Земли или на дне морей и океанов.

На земной поверхности эти горные породы находятся в условиях тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться

Этот процесс носит название выветривания.

Выветривание - это изменение горных пород и слагающих их минералов, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов.

В процессе выветривания возникают образования, которые носят название коры выветривания.

Сам процесс выветривания довольно сложен и протекает весьма медленно. Он зависит от климата, рельефа местности, наличия разрывных нарушений, состава организмов, участвующих в процессе выветривания, а также от минерального состава: пород, их структурно-текстурных особенностей.

Из совокупности климатических элементов наибольшее значение имеет общее количество солнечной энергий, выраженной в температурном факторе и степени увлажненности.

В зависимости от действующих факторов различаются три главных типа выветривания: а) физическое, или механическое, б) химическое и в)органическое.

Физическое выветривание

В этом типе выветривания особенно большое значение имеет температурный фактор , кристаллизация воды и солей и в меньшей биологический фактор. Температурный фактор вызывает изменение объема составных частей породы. В других случаях горные породы разрушаются механическим воздействием кристаллов и роющими животными.

В результате этого в горных породах возникают трещины и происходит дезинтеграция породы. Целые блоки некогда плотных и твердых пород распадаются на отдельные обломки разных размеров (глыбы, щебень, песок, алевриты).

Все перечисленные процессы физического выветривания воздействуют и на искусственные строительные материалы.

Так, в результате кристаллизации солей в капиллярах бетона, составляющего опору одного из мостов в Ростовской области, прочность бетона упала настолько, что он легко растирался руками. Особенно интенсивному физическому выветриванию подвержены фасады зданий и наружные части сооружений.

Химическое выветривание

Основную роль в химическом выветривании играет влага, особенно насыщенная газами и химическими соединениями, под действием которых начинают видоизменяться физико-химические особенности пород.

Главными факторами химического выветривания являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты.

Под их влиянием существенно изменяются структура и вещественный состав горных пород и образуются новые минералы, которые оказываются устойчивыми в поверхностных условиях.

Происходит процесс окисления, гидратации, растворения.

Окисление. Устойчивый в поверхностных условиях гематит возникает и при выветривании таких минералов, как оливин, пироксены, амфиболы под действием воды, кислорода и углекислоты.

Гидратация. Данный процесс заключается в присоединении воды к веществу. В результате этого осуществляется закрепление молекул воды на поверхности некоторых участков кристаллической решетки. Хорошим примером гидратации является переход ангидрита в гипс:

СаS0 4 + 2Н 2 О -> СаS0 4 *2Н 2 О

При изменении условий реакция обратима и гидратация превращается в дегидратацию.

Растворение. Горные породы растворяются водами, содержащими углекислоту или органические кислоты. Под действием такой воды, стекающей по трещиноватой поверхности горных пород и просачивающейся сквозь трещины и поры, этот процесс распространяется на глубину.

Особенно интенсивно он проявляется в осадочных горных породах, которые представлены хлоридами, сульфатами и карбонатами.

Наибольшей растворимостью обладают хлориды - соли натрия (галит или поваренная соль) и калия (сильвин), Далее по степени растворимости следуют сульфаты - ангидрит и гипс, затем карбонаты - известняки и доломиты. В процессе растворения среди монолитных толщ осадочных пород возникают различные полости.

Гидролиз. Особенно хорошо этот процесс проявляется при вы-ветривании силикатов и алюмосиликатов.

Сущность этого процесса заключается в разложении минералов и выносе отдельных элементов и соединений и присоединении к оставшимся соединениям других элементов и гидратации.

При выветривании магматических и метаморфических горных пород, богатых алюмосиликатами (граниты, гранодиориты, сиениты, гранито-гнейсы), во влажном теплом климате возникают мощные толщи каолинита.

Биологическое выветривание

В процессе жизнедеятельности организмы и растения воздействуют на горные породы, разрушая их механически и биохимически.

Особенно значительно их биохимическое воздействие на породы.

Механическое воздействие корней и самой растительности весьма велико. Можно наблюдать, как прорастающие растения приподнимают и пробивают асфальт на улицах городов. Известны случаи, когда растение верблюжья колючка пробивала двадцатисантиметровые железобетонные плиты.

Велика роль различных бактерий, которые в процессе: жизнедеятельности поглощают из пород одни вещества и выделяют другие.

Биохимическое воздействие на горные породы начинается с момента первого появления на скальных породах микроорганизмов, лишайников и мхов.

Роль организмов в выветривании заключается в том, что они в процессе своего роста извлекают из породы необходимые для своей жизнедеятельности элементы, но одновременно своими корнями разрушают саму породу.

В процессе преобразования отмершего органического вещества образуются углекислота и органические кислоты, которые значительно усиливают растворение и гидролиз породобразующих минералов. Интенсивность биохимического выветривания зависит от величины биомассы.

Продукты выветривания могут накапливаться на месте образования либо переноситься на те или иные расстояния действием силы тяжести, потоков, воды, ветра.

Элювий и делювий

Элювий. Продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия (лат. - выносить).

Если под действием силы тяжести и дождевых струек они перемещаются вниз по склонам, накапливаясь у подошвенной части на склонах холмов или гор, то подобные скопления материала называют делювием (лат. - смывать).

Отличительная черта элювия - его связь с коренной породой, подвергшейся выветриванию. Можно всегда проследить, как элювий постепенно переходит в коренную породу.

Элювий представляет собой смесь обломков и глинистого материала. Мощность разрушенного слоя на различных породах и в разных физико-географических условиях колеблется от нескольких миллиметров до многих метров.

Контрольные вопросы:

1. Дать характеристику внутренним процессам Земли.

2. Перечислить виды складчатых дислокаций.

3. Характер разрывных нарушений и их виды.

4. Сейсмические явления. Гипоцент, эпицентр и сила землетрясений.

5. Процессы внешней динамики Земли.

6. Виды выветривания.

ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие нижеповерхности земли , называют подземными . Исследованием подземных вод занимается гидрогеология .

Однако подземные воды не только ценнейший источник водоснабжения, но и фактор, осложняющий строительство.

Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут быть агрессивной средой для металлических и бетонных сооружений, способствуют образованию неблагоприятных инженерно-геологических процессов и т. д.

Круговорот воды в природе

В природе распространены атмосферные (дождь, облака, туман), поверхностные (океан, моря, реки) и подземные воды . Единство вод на Земле проявляется в ходе их круговорота.

Различают большой, малый я внутренний (местный) круговорот воды.

При большом круговороте испарившаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока.

Малый круговорот характеризуется, испарением влаги с поверхности океана и выпадением ее в виде осадков на ту же водную поверхность.

В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Круговорот воды в природе количественно описывается уравнением водного баланса

Qa.o = Qподз + Q пов + Qисп

где Qa.o - количество атмосферных осадков;

Qподз - подземный сток;

Q пов - поверхностный сток;

Qисп - испарение.

Основные расходные(Qподз; Q пов; Qисп) и приходные (Qa.o,) статьи водного баланса зависят от природных условий, главным образом от климата, рельефа и геологического строения изучаемого района.

Изучение водного баланса отдельных районов или земного шара в целом необходимо для целенаправленного преобразования круговорота воды, в частности для увеличения запасов пресных подземных вод, используемых для водоснабжения.

Происхождение подземных вод

Существуют две основные теории происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная.

Инфильтрационная теория объясняет образование подземных вод просачиванием (инфильтрацией) в глубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод.

Просачиваясь по крупным трещинам и порам, вода задерживается на водонепроницаемых слоях и дает начало подземным водам. Процесс инфильтрации атмосферных осадков весьма сложный.

Питание подземных вод инфильтрационным путем изменчиво во времени и определяется природными условиями района: рельефом, водопроницаемостью пород, растительным покровом, деятельностью человека и т. д.

При понижении уровня подземных вод испарение с их поверхности уменьшается, а на некоторой глубине становится равной нулю . В этих условиях величина инфильтрационного питания подземных вод возрастает .

Конденсационная теория предполагает возникновение подземных вод в связи с конденсацией водяных паров, которые проникают в поры и трещины из атмосферы .

Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным для подземных вод, залегающих в зоне активного водообмена , в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков .

В районах с небольшим их количеством (пустыни, сухие степи ) роль конденсации водяных паров в образовании и питании подземных вод существенно возрастает.

Аналогичный процесс конденсации может происходить внутри горной породы, если в ее отдельных частях упругость водяного пара различна. В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными грунтовыми водами.

Седиментогенные подземные воды (лат. «седиментум» - осадок ) морского происхождения, образовавшиеся одновременно с накоплением морских осадков.

В ходе последующего геологического развития такие воды могут претерпевать значительные изменения в процессе диагенеза (преобразования осадка в горную породу), тектонических движений и действия других факторов.

В ряде случаев происходит смешение вод различного генезиса. Особенно большие изменения претерпевают воды морского генезиса при значительном тектоническом погружении и захоронении их мощными слоями более молодых отложений. Они попадают в условия повышенных давлений и температуры. Многие исследователи так и считают, что глубинные высокоминерализованные (соленые и рассолы) подземные воды представляют собой воды морского генезиса , сильно измененные при повышенных температурах и давлении и весьма затрудненном водообмене . Нередко такие воды называют погребенными.

Ювенильные подземные воды (лат. «ювенилис» - юный ). Многие источники подземных вод в областях современной или недавнейвулканической деятельности обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты .

Эти воды могли образоваться из паров , выделяющихся из магмы при ееостывании . Поднимаясь по глубоким тектоническим трещинам и разломам , водяные пары попадают в области с более низкими температурами. Они конденсируются и переходят в капельножидкое состояние , создавая особый генетический тип подземных вод.

Возможность образования некоторого количества воды магматогенным путем признается большинством исследователей. Вместе с тем отмечается, что выделившиеся из магмы на глубине пары воды и другие газообразные компоненты, проникая вверх в земную кору, смешиваются с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и поступают на поверхность в мешанном виде. С другой стороны установлено, что термальные источники полностью связаны с подземными ин-фильтрационными водами верхней зоны земной коры, испытавшими в процессе глубинной циркуляции нагревание и обогащение растворенными минеральными веществами и газами.

Геология - это , которая изучает , ее вещественный состав, структуру коры, процессы и историю. Геология объединяет большое количество наук, включая: минералогию, геологию полезных ископаемых, геофизику, геохимию, петрографию, геодинамику, палеонтологию, вулканологию, тектонику, стратиграфию и многое другое. Эта наука также включает изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является исследование того, как с течением времени изменялись структура, процессы, организмы и элементы Земли. Люди, изучающие геологию называются геологами.

Что делают геологи?

Геологи работают, чтобы лучше понять историю нашей планеты. Чем лучше мы знаем историю Земли, тем более точно сможем определить, как события и процессы из прошлого способны повлиять на будущее. Вот некоторые примеры:

  • Геологи изучают земные процессы, такие как оползни, землетрясения, наводнения, извержения вулканов и т.п., которые могут быть опасны для людей.
  • Геологи изучают Земли, многие из которых используются человечеством ежедневно.
  • Геологи изучают историю Земли. Сегодня нас беспокоит и многие геологи работают над тем, чтобы узнать о прошлых климатических условиях Земли и о том, как они менялись со временем. Эта историческая информация позволяет понять, как меняется наш нынешний климат и каковы могут быть последствия для человечества от этих изменений.

Что изучает геология?

Основным объектом изучения геологии является земная кора, а также геологические процессы и история Земли:

Минералы

Минерал представляет собой природное химическое соединение, обычно кристаллическое и абиогенное (неорганическое) по происхождению. Минерал имеет один конкретный химический состав, тогда как камень может представлять собой совокупность различных минералов или минералоидов. Наука о минералах называется минералогией.

Существует более 5300 известных видов минералов. Силикатные минералы составляют более 90% земной коры. Кремний и кислород образовывают примерно 75% земной коры, что напрямую связано с преобладанием силикатных минералов.

Минералы отличаются химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре позволяют распознавать виды, которые определялись геологической средой минерала при их формировании. Колебания в температуре, давлении или объемном составе горной массы вызывают изменения минералов.

Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.

Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.

Горные породы

Горные породы представляют собой твердые смеси по меньшей мере одного минерала. В то время как минералы имеют кристаллы и химические формулы, породы характеризуются текстурой и минеральным составом. Исходя из этого, горные породы делятся на три группы: магматические горные породы (формируются при постепенном охлаждении магмы), метаморфические горные породы (образование происходит при изменении магматических и осадочных пород) и осадочные горные породы (образовываются при низких температурах и давлении, когда преобразовываются морские и континентальные осадки). Эти три основных типа пород участвуют в процессе, называемом круговоротом горных пород, который описывает трудоемкие переходы, как на поверхности, так и под землей, от одного типа породы к другому на протяжении длительных периодов геологического времени.

Горные породы являются экономически важными полезными ископаемыми. Уголь - это камень, который служит источником энергии. Другие типы пород используются в строительстве, включая камень, щебень и т.д. Третьи необходимы для изготовления инструментов, от каменных ножей наших предков до мела, используемого сегодня художниками.

Окаменелости

Окаменелости являются признаками живых существ, которые существовали очень давно. Они могут представлять отпечатки тел или даже продуктов жизнедеятельности организмов. Ископаемые также включают следы, норы, гнезда и другие косвенные признаки. Окаменелости являются ярким свидетельствованием ранней жизни на Земле. Геологи составили отчет о древней жизни, простирающейся на сотни миллионов лет.

Имеют практическое значение, потому что они изменяются на протяжении всего геологического времени. Совокупность окаменелостей служит для идентификации горных пород. Геологическая шкала времени основана почти исключительно на ископаемых останках и дополнена другими методами датирования. С ее помощью мы можем уверенно сравнивать осадочные породы со всего мира. Ископаемые окаменелости также являются ценными музейными экспонатами и предметами коллекционирования.

Формы рельефа, геологические структуры и карты

Формы во всем их разнообразии являются следствием круговорота горных пород. Они были сформированы эрозией и другими процессами. Формы рельефа дают информацию о том, как образовывалась и изменялась земная кора в геологическом прошлом, например, в ледниковом периоде.

Структура является важной частью изучения обнажения горных пород. Большинство частей земной коры деформированы, согнуты и искажены в некоторой степени. Геологические признаки этого - сочленения, разломы, текстуры пород и несоответствия помогают в оценке геологических структур, а также измерении склонов и ориентаций горных пород. Геологическая структура в недрах важна для водоснабжения.

Геологические карты представляют собой эффективную базу данных геологической информации о породах, рельефах и структуре.

Геологические процессы и угрозы

Геологические процессы приводят к круговороту горных пород, созданию структур и форм рельефа, а также окаменелостей. Они включают эрозию, осаждение, окаменелость, разломы, поднятие, метаморфизм и вулканизм.

Геологические опасные явления - мощные выражения геологических процессов. Оползни, извержения вулканов, землетрясения, цунами, изменение климата, наводнения и космические воздействия являются основными примерами угроз. Понимание основных геологических процессов может помочь человечеству уменьшить ущерб от геологических катастроф.

Тектоника и история Земли

Движение плит в Сан-Андреас

Тектоника - геологическая деятельность в самом крупном масштабе. Поскольку геологи отображали горные породы и изучали геологические особенности, и процессы, они начали поднимать и отвечать на вопросы о тектонике - жизненном цикле горных хребтов и вулканических цепей, движении континентов, о росте и снижении уровня , и о том, какие процессы происходят в ядре и . Тектоника плит объясняет как движутся литосферные плиты и позволила изучать нашу планету как единую структуру.

Геологическая история Земли - это история, которую рассказывают минералы, скалы, окаменелости, рельеф и тектоника. Исследования окаменелостей в сочетании с различными методами дают последовательную эволюционную историю жизни на Земле. (возраст окаменелостей) последних 542 миллионов лет хорошо отображен как время изобилия и и акцентирован . Предыдущие четыре миллиарда лет, были временем огромных изменений в атмосфере, океанах и континентах.

Роль геологии

Существует много причин, по которым геология важна для жизни и цивилизации. Подумайте о землетрясениях, оползнях, наводнениях, засухе, вулканической активности, океанских течениях, типах почвы, минералах (золото, серебро, уран) и т.д. - геологи изучают все эти понятия. Таким образом, изучение геологии играет важную роль в современной жизни и цивилизации.

Геология определяется как «научное исследование происхождения, истории и структуры Земли». Почти все, что мы используем в нашей жизни, имеет какое-то отношение к Земле. Дома, улицы, компьютеры, игрушки, инструменты и т.д. сделаны из природных ресурсов. Хотя Солнце является конечным источником энергии Земли, мы нуждаемся в дополнительной энергии, которая вырабатывается при сжигании природного газа, древесины и т.д. Геологическая наука имеет первостепенное значение для определения местоположения этих источников энергии Земли, а также объясняет как более эффективно извлечь их из недр планеты, с минимальными экономическими затратами и с наименьшим воздействием на окружающую среду. являются чрезвычайно важными для человечества, однако во многих частях мира существует недостаток пресной воды. Изучение геологии помогает находить водные источники, чтобы уменьшить влияние нехватки воды на людей.

Последствия катастрофического землетрясения в Сан-Франциско, США, в 1906 году

Изучение геологии также охватывает процессы Земли, которые могут повлиять на цивилизацию. Землетрясение способно уничтожить тысячи жизней за несколько минут. Кроме того, цунами, наводнения, оползни, засухи и вулканическая деятельность способны оказать огромное влияние на цивилизацию. Геологи изучают эти процессы, и в случае необходимости рекомендуют проводить определенные мероприятия по минимизации ущерба, если возникают такие события. Например, изучая закономерности наводнения рек, геологи могут рекомендовать избегать определенных областей при строительстве новых городов, чтобы предотвратить потенциальный ущерб. Сейсмология - раздел геологии - хотя и очень сложная область изучения, может помочь сохранить многие жизни, оценив, где есть наибольшая вероятность землетрясения (как правило, в линиях геологических разломов), и рекомендовать тип технологий, которые будут использоваться при строительстве зданий в этих уязвимых районах.

Многие предприятия для своей деятельности полагаются на информацию, полученную от геологов. Золото, алмазы, серебро, нефть, железо, алюминий и уголь являются природными ресурсами, которые широко используются в промышленности. Геологи и наука геология помогают в поиске этих и других ресурсов. Даже простой строительный материал, такой как песок, необходимо найти и добыть, а затем уже использовать при строительстве домов, предприятий, школ и т.д.

На самом деле геология еще не имеет широкого признания в современном мире, как, к примеру, генетика, химия и медицина. Тем не менее все жители нашей планеты зависят от природных ресурсов, найденных благодаря геологам и науке геологии. Таким образом, геология чрезвычайно важна и требует дальнейшего развития, и популяризации в обществе.

Физико-геологические и инженерно-геологические процессы и явления

Инженерная геодинамика и ее задачи

Геологическими процессами и явлениями – называют процессы, возникающие в земной коре под действием естественных факторов, и порождающие явления изменяющие природную обстановку и окружающую среду.

Процессы, связанные с производственной и строительной деятельностью человека, называются инженерно-геологическими.

Инженерная геодинамика изучает геологические и инженерно-геологические процессы и явления с целью их количественного прогноза, установления интенсивности их развития, выявления степени угрозы окружающим территориям или возводимым сооружениям.

Инженерная геодинамика занимается вопросами охраны и использования геологической среды, как неотъемлемой части внешней среды.

п.п.

Процессы и определяющие факторы

Виды явлений

Действие климатических факторов: выветривание, мерзлотные процессы

Выветривание, криогенные и пост криогенные явления

Деятельность ветра (эоловые пр-сы)

Развевание, навевание

Деятельность поверхностных вод

Струйчатая эрозия, оврагообразование, геологическая деятельность рек, абразия, сели

Деятельность подземных вод

Суффозия, плывуны

Деятельность поверхностных и подземных вод

Карст, просадки

Действие силы тяжести на склонах (склоновые или гравитационные процессы)

Оползни, обвалы, осыпи, курумы, лавины.

Проявление внутренней энергии Земли

Сейсмические явления, вулканизм.

Действие производственной и строительной деятельности человека

Деформация основания сооружений, сдвижение горных работ при подземных работах, оседание земной поверхности при эксплуатации полезных ископаемых, усиление сейсмической активности в связи с устройством водохранилищ.

    1. Процессы, связанные с деятельностью факторов выветривания

Выветриванием называется процесс непрерывного изменения и разрушения горных пород под действием ряда внешних факторов. Процесс выветривания начинается с поверхности и распространяется на глубину, постепенно изменяя материнскую породу. В результате процессов выветривания образуется кора выветривания или элювий, которая разделяется на (снизу вверх): монолитную, глыбовую, мелкообломочную зоны и зону тонкого дробления.

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении пород, которое приводит к изменению их гранулометрического состава и образованию обломочных грунтов.

Химическое выветривание проявляется в изменении химического состава горных пород в результате растворения, окисления, гидратации и дегидратации минералов, входящих в состав горной породы.

Биологическое выветривание – разрушение пород в процессе жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов.

Наиболее интенсивно химическое и биологическое выветривание проявляется в теплом влажном климате, тогда как физическое выветривание преобладает в засушливом с резкой сменой дневных и ночных температур.

Мероприятия по борьбе с выветриванием: съем элювия, покрывающего чехлом склон и грозящего обвалами, оползнями, недобор грунтов до проектной отметки в случае, если эти грунты подвержены быстрому выветриванию.

Контрольные вопросы:

    Какие процессы и явления называются геологическими, а какие – инженерно-геологическими? Что такое процесс и явление?

    Что такое определяющий фактор и на какие виды делятся геологические процессы в зависимости от этого фактора?

    Охарактеризуйте виды выветривания и строение выветрелой зоны.

    1. Эоловые процессы

Геологическая роль ветра определяется его энергией и заключается в двух процессах: разрушительном (скальных пород) и переносном (дефляции рыхлых отложений).

Данные процессы приводят к выбиванию частиц породы из массива скальных пород и переносу большого количества мелкообломочного материала в пониженные части рельефа, что формирует пустынные ландшафт.

Формы эоловы отложений:

Барханы – это песчаные холмы, которые медленно перемещаются в направлении ветра (скорость 30 м/год).

Дюны – песчаные грядообразные, вытянутые вдоль побережья холмы, движущиеся внутрь материка.

Грядовые пески – представляют собой вытянутые в форме гряд или валов отложения эоловых песков в районах полупустынь.

Бугристые пески – это более низкие, чем грядовые, холмообразные образования с пологими склонами, покрытые растительностью.

Мероприятия по борьбе с эоловыми процессами

Угроза заключается в том, что при движении барханов или дюн премещаются громадные массы песка, которые засыпают дороги, ирригационные каналы и сооружения, населенные пункты.

Строительство и эксплуатация требуют постоянной борьбы с движущимися песками.

Для этой цели применяются следующие мероприятия:

    Устройство щитовых ограждений вдоль дорог и каналов для задержки движения песков;

    Закрепление песков различного вида эмульсиями и растворами;

    Фитомелиорация – посадка растений, создание лесополос, посев трав и пр.

Контрольные вопросы:

    Перечислите виды ветровой деятельности и районы ее проявления в РК.

    Назовите формы эоловых отложений.

    Назовите мероприятия по борьбе с эоловыми процессами.

    1. Процессы, связанные с деятельность поверхностных вод

Здесь рассматриваются следующие процессы: речная эрозия, морская (озерная) абразия, оврагообразование, сели.

Речная эрозия

Эрозионная деятельность реки осуществляется различными несколькими способами:

при помощи переносимых речным потоком осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал;

за счёт растворения пород ложа (важную роль в этом играют растворённые в воде органические кислоты);

за счёт гидравлического воздействия воды на рыхлый материал ложа (вымывание рыхлых частиц);

дополнительными факторами могут служить разрушение берегов во время ледохода, темроэрозионные процессы и др.

Эрозия может быть направлена на углубление дна долины – донная (или глубинная) эрозия, или на размыв берегов и расширение долины – боковая эрозия. Эти два вида эрозии действуют совместно.

Развитие глубинной (а) и боковой (б) эрозии

Интенсивность глубинной эрозии определяется в первую очередь уклоном русла (и, соответственно, энергией потока). При преобладании глубинной эрозии формируются глубокие врезы с крутыми берегами и V-образным сечением речной долины, пойма развита фрагментарно (на островах и небольших участках у выпуклых берегов излучин). В рельефе такие участки нередко представлены глубокими каньонами.

Интенсивность боковой эрозии зависит от угла подхода стрежени потока к берегу. Стрежень - линия, соединяющая точки наибольших скоростей на поверхности воды. На прямых участках стрежень обычно располагается близ середины водотока, в таких условиях боковая эрозия не проявляется. На извилистых участках происходит отклонение стрежени к одному из берегов, что приводит к сжатию потока и его «набеганию» на этот берег, сопровождающемуся размывом последнего. «Прижимание» потока к берегу обуславливает образование циркуляционного течения, донная ветвь которого направлена к противоположному берегу. Поскольку придонные слои наиболее насыщены обломочным материалом (в том числе и образованным за счёт эрозии берега), то происходит перемещение материала от размываемого берега к противоположному, где происходит его аккумуляция в форме прирусловой отмели. Формирование прирусловой отмели приводит к ещё большему искривлению русла и отклонению стрежени к размываемому берегу, определяя направление боковой и глубинной эрозии. Наибольшая скорость размыва берега отмечается там, где к нему прижимается стрежень потока. Выше и ниже по течению происходит последовательная смена зоны очень сильного размыва сильным, средним, слабым и, наконец, берег перестаёт размываться и переходит в прирусловую отмель. Таким образом, изгиб русла приводит к образованию чередующихся вдоль берега зон ускорения и замедления течения и поперечной циркуляции, направленной от вогнутого берега к выпуклому.

Различные условия взаимодействия речного потока с берегами рек (по Р.С. Чалову):

а – стрежень проходит посередине русла, берега не размываются;

б – поток походит к берегу под углом, вызывая сжатие струй и размыв берега;

у противоположного берега образуется аккумулятивная отмель

(h – превышение уровня воды у вогнутого берега на средним уровнем в данном сечении).

Согласно описанному выше механизму в процессе размыва берегов образуются крутые изгибы речной долины – меандры. Узкие «перегородки» между меандрами в период половодий могут размываться, что приводит к спрямлению русла реки и образованию стариц. Старица – это замкнутый водоем, обычно продолговатой извилистой или подковообразной формы, образовавшийся в результате полного или частичного отделения участка реки от её прежнего русла. Старицы некоторое время могут сохранять связь с рекой, но постепенно входы в них заносятся речными отложениями – происходит их превращение в старичные озёра, а затем - в болота или сырые луга.

В русле меандрирующих рек при уменьшении уклона русла и извилистости могут возникать намывные острова. На широких участках долины при относительно прямолинейных очертаниях русла и поймы может формироваться серия таких островов, что приводит к ветвлению русла – его разделению на несколько потоков. Эти острова перемещаются вниз по течению, постоянно изменяя очертания.

Скорость эрозии определяется сочетанием ряда факторов: энергии потока, состава пород ложа, развития растительности, интенсивности техногенного воздействия и пр. Зависимость скорости размыва берегов от состава пород приведена в таблице.

Речная эрозия нередко приводит к активизации других экзогенных геологических процессов. Так, интенсивная глубинная эрозия, приводит к образованию каньонов и V-образных долин с крутыми склонами, на которых активно проявляются обвальные и осыпные процессы. Подмыв высоких берегов, сложенных трудноразмываемыми породами, при боковой эрозии приводит к развитию оползней, осыпей и обвалов.

Морская (озерная) абразия

В смысле угрозы для сооружений более важной является разрушительная деятельность моря или абразия, которая приводит к отступлению бровки берега в сторону суши, обрушению больших блоков породы, разрушению защитных сооружений и возникновению вторичных явлений таких, как обвалы, оползни.

Факторы, способствующие возникновению абразии, подразделяются на две группы:

    Ветровые и приливные волны, твердый обломочный материал, переносимый волнами и морскими течениями;

    Литологический состав и условия залегания горных пород в береговой полосе, водопрочность пород, форма очертания берегового склона.

Определяющим фактором абразии является энергия ветровой и приливной волны, которая формируется под действием ветра и имеет большую энергию размыва.

Морские течения, имеющие сравнительно небольшую скорость, практического значения в процессе размыва не имеют, но играют большую роль в процессе размыва.

Таким образом, основным разрушительным фактором абразии является ударная сила волны.

Вторая группа факторов зависит от пород берегового склона. Это прежде всего литолого-петрографический состав пород. Склоны, сложенные рыхлыми песчано-глинистыми отложениями разрушаются гораздо быстрее, чем сложенные скальными породами.

Условия залегания горных пород также играют значительную роль при разрушении берега. В случае падения пластов в строну берега обрушение его происходит наиболее быстро, т.к. вода подрезает целую пачку пластов или полную мощность слоя. При горизонтальном залегании разрушение берега несколько замедляется и наиболее медленно оно протекает при пологом падении пластов в сторону моря.

Также водопрочность пород играет большую роль при определении интенсивности абразии. Очень большую роль играет форма очертания и крутизна берегового склона.

Меры борьбы с переработкой берегов:

Оврагообразование.

Формирование оврагов начинается с образования эрозионных борозд – переходных форм от плоскостного к линейному размыву поверхности склонов. Борозды возникают за счёт плоскостного стока дождевых и талых вод при слиянии небольших струек в наиболее пониженных участках склона. Дальнейшая эрозия в бороздах проводит к образованию более крупных форм – рытвин. Для рытвин характерны крутые незадернованные борта и продольный профиль, близкий к профилю склона. За счёт наиболее крупных и быстро растущих рытвин в процессе их углубления и расширения образуются овраги, обладающие продольным профилем, отличным от профиля склона. Дно молодых оврагов отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления профиль оврага постепенно выравнивается за счёт развития глубинной эрозии, направленной на приближение к уровню базиса эрозии. Верхняя часть оврага представляет собой крутой уступ, за счёт размыва которого овраг продвигается вверх по склону. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной или попятной эрозией. Скорость роста оврагов может быть очень высокой и достигать нескольких метров в год; при разработке промоин, осложняющих склоны оврагов, может возникать ветвящаяся овражная система. По мере развития овраг своим истоком приближается к водоразделу, а устьем к базису эрозии, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный – V-образным, с крутыми незадернованными склонами. В условиях незначительной скорости углубления происходит расширение оврага, он приобретает U-образный профиль и затем превращается в балку – эрозионную форму, характеризующуюся наличием плоского дна и пологих склонов, закреплённых растительностью.

Водный поток, движущийся по дну оврагов и балок во время дождей и таяния твёрдых осадков, переносит мелкий обломочной материал. В низовьях оврага, где энергия потока снижается, могут образовываться конусы выноса оврагов.

Меры борьбы с оврагообразованием:

Сели

Зарождение временных горных потоков связано с ливневыми дождями и интенсивным таянием снега и ледников. В верхней части горных склонов система сходящихся рытвин и промоин образует водосборный бассейн. Ниже располагается канал стока – русло, по которому движется вода. Значительный уклон русла обуславливает высокую энергию потока, по пути движения он подхватывает большое количество обломочного материала разного размера. Насыщение обломочным материалам может превратить водный поток в сель – временный разрушительный поток, перегруженный грязе-каменным материалом. В грязе-каменном потоке, имеющим значительно большую плотность, чем вода и высокую кинетическую энергию, способны перемещаться даже глыбы, размером до нескольких метров. Сели могут формироваться также при обвале больших масс обломочного материала в горные реки, прорыва ледниковых или запрудных озёр.

При выходе на предгорную равнину скорость водных или грязе-каменных потоков уменьшается, потоки разветвляются, и переносимый материал откладывается, образуя конус выноса временного горного потока в виде полукруга, поверхность которого наклонена в сторону предгорной равнины.

Методы борьбы с селевыми потоками

Различают активные и пассивные методы борьбы.

Пассивные представляют борьбу с потоками в области транзита и разгрузки, т.е. в тот момент, когда сель уже начался. Данный метод предусматривает строительство подпорных стенок, трассирование склона и устройство специальных селехранилищ на пути селевого потока.

Активные методы борьбы с селем предполагают мероприятия в пределах области питания, т.е. в местах зарождения селя:

    Отвод жидкой фазы поверхностного потока от места будущего проявления селя;

    Сохранение почвенной растительности в пределах очага;

    Обсадка склона травянистыми или кустарниковыми растениями, закрепляющими твердую поверхность склона;

    Систематическое наблюдение за ледниками и искусственное регулирование их объема.

Контрольные вопросы:

    Назовите все процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод и их определяющий фактор.

    Чем определяется интенсивность оврагообразования?

    Охарактеризуйте стадии развития оврага.

    Нарисуйте схему мероприятий по борьбе с оврагами.

    В чем заключается геологическая деятельность рек и каковы ее последствия?

    Перечислите мероприятия по борьбе с неблагоприятными последствиями водной эрозии.

    Назовите факторы, обуславливающие волновую деятельность морей и озер; к чему приводит эта деятеьность?

    1. Процессы, связанные с деятельностью подземных вод

Суффозия

Суффозией называется процесс выноса частиц грунта (механическая суффозия) или легко растворимых солей (химическая суффозия) потоком подземной воды с образованием пустот, воронок, провалов, иногда сопровождающийся оседанием поверхности земли.

Наиболее активно суффозия проходит при условиях:

    Гидравлический градиент должен быть больше 5, что обеспечивает турбулентный характер движения;

    Соотношение крупных и мелких фракций должно быть более чем 1:20.

    Наиболее активно суффозия происходит на контакте двух слоев, если соотношение коэффициентов фильтрации больше двух.

    Для каждой грунтовой породы существуют критические скорости, начиная с которых процесс суффозии активизируется.

Химическая суффозия происходит в засоленных грунтах. При изучении суффозии проводят следующие работы:

    Изучается геоморфология района;

    Гидрогеологические условия;

    Изучается режим и физико-механические свойства водоносного грунта, особенно близкого к поверхности.

Формы проявления суффозии: суффозионная осадка, лессовый карст, суффозионные оползни.

Мероприятия по борьбе с суффозией

    Правильный подбор фильтра водозаборной скважины, устройство насыпных фильтров, гравийных фильтров.

    Предотвращение поступления воды к участкам, склонным к суффозии, посредством дренажа.

    Защита глинистых заселенных пород путем установления специальных покрытий (гидроизоляция).

    Уменьшение скорости подземных вод вблизи сооружений, путем создания искусственных преград потоку.

    Методы мелиорации для уменьшения водопроводимости пород (битумизация, глинизация).

Плывуны

Плывуны – это песчано-глинистые водонасыщенные грунты, ведущие себя наподобие вязких жидкостей. При вскрытии их выемкой они разжижаются и приходят в движение в строну выемки. В свободном состоянии они не обладают несущей способностью.

По своему составу и свойствам плывуны бывают истинные и ложные.

Ложные – представляют собой обычные несвязанные раздельно-зернистые грунты, которые переходят в плывунное состояние в результате полного водонасыщения и возникновения в них гидродинамического давления движущегося грунтового потока.

Истинные плывуны, могут быть разнообразными по своему гранулометрическому составу – от песков до суглинков. В этих грунтах существуют структурные связи коллоидного характера. Они обладают высокой гидрофильностью и малой прочностью. При ударах, сотрясениях, вибрациях часть связанной воды высвобождается, структура грунта разрушается и он разжижается (тиксотропия).

Методы борьбы: замораживание, силикатизация, электроплавление, дренаж, электродренаж.

Контрольные вопросы:

    Перечислите и кратко опишите процессы, связанные с деятельностью подземных вод. Что является основным определяющим фактором этих процессов?

    Что такое суффозия и в каких видах и формах она проявляется?

    Что такое плывуны и в чем заключается свойство их тиксотропности?

    1. Процессы, связанные с деятельность поверхностных и подземных вод

Просадочность в лессовых грунтах

Рассмотрена подробно в главе «Грунты особого состава и свойства».

Методы борьбы с просадками

    Сооружение водозащитных устройств и дренажных сооружений.

    Применение методов мелиорации лессовых пород: механическое уплотнение, обжиг и т.д.

Карст

Карстом называют процесс растворение горных пород и образование специфических форм карстового рельефа.

Для активного развития карста необходимы следующие условия: наличие легкорастворимых карстующихся пород при условии расположения их выше базиса эрозии, растворяющая деятельность поверхностных и подземных вод – определяется минерализацией, напором и химсоставом поверхностных и подземных вод и скоростью их движения.

Большое значение приобретает в процессе карстообразования базис эрозии – наименьшая абсолютная отметка, к которой стекаются подземные воды. В связи с этим можно выделить зоны развития карста: зона аэрации, зона сезонных колебаний уровня, зона глубинной циркуляции.

Инженерно-геологическая оценка карста и методы борьбы.

В качестве методов изучения карста, следует сначала выделить работу по выявлению признаков карста и определению интенсивности развития. Для этого существует классификация территории по устойчивости против карста. Породы считаются неустойчивыми, если образуются 5-10 карстовых воронок на 1 км 2 в год., устойчивыми 1 воронка на 1 км 2 .

Карстовые пещеры.

Карстовый провал.

Методы борьбы

    Планировка территории;

    Отвод поверхностных вод;

    Каптаж или дренаж подземных вод;

    Устройство противофильтрационных завес;

    Закрепление закарстованных пород методами технической мелиорации.

Оползни

Под оползнем следует понимать перемещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести, связанное в ряде случаев с деятельностью поверхностных и подземных вод и носящее характер скольжения или сдвижения пород по склону.

Элементы оползня:

    Вао выпора – возвышение, образующееся в основании склона и состоящее из нарушенных и перемятых грунтов.

    Тело оползня – вся масса сползающего материала по склону грунта, ограниченная по глубине поверхностью (зеркалом) скольжения.

    Оползневые террасы – ряд уступов, расположенных один ниже другого и ориентированных параллельно бровке склона.

    Стенка срыва – верхняя часть поверхности скольжения, образовавшаяся в результате смещения вниз оползневого тела.

    Над оползневой уступ – примыкающая к оползню площадка, расположенная выше бровки склона, не подверженная оползанию.

    Поверхность скольжения (зеркало скольжения) – поверхность, по которой происходит смещение оползня.

Признаки оползня

Для своевременного прогнозирования оползня, рекомендуется набор следующих признаков, подлежащих анализу:

    Оползневые трещины – это система различных трещин, которая формирует со временем поверхность скольжения.

    Образование оползневого цирка – определяется многократным нивелированием.

    Образование трещин на будущей поверхности скольжения (выявляется путем бурения).

    Наличие валов у подножия оползневого склона.

    Наличие оползневых уступов (нивелированием).

    Наличие застоя воды, заболоченности участков в пределах оползневого цирка, которая появляется при подвижке склона в результате нарушения гидрогеологии водных грунтов.

    Наличие взбугренных участков на склоне, образованных в результате обтекания рыхлыми грунтами пород более твердых участков поверхности скольжения.

    Повышение влажности пород и нарушение структуры в зоне поверхности скольжения (определяется геофизическими методами).

    Нарушение целостности слоев и изменение элементов их залегания.

    Нарушение целостности зданий и сооружений.

Классификации оползней

Классификация Саваренского

Принцип: соотношение положения поверхности скольжения и напластования.

    Асеквентный – данный оползень проявляется в однородных породах, когда поверхность скольжения намечается по линии наибольшего ослабления структурных связей между частицами. Чаще всего такой оползень возникает в песчаных грунтах.

    Консеквентный – распространен в слоистых массивах, при чем плоскость скольжения параллельна плоскости напластования. Обычно срыв происходит по подошве наиболее ослабленного слоя.

    Инсеквентный – наиболее катастрофический по характеру проявления. Здесь устойчивость склона определяется механической прочностью несущего слоя.. Такие оползни характерны для берегов рек и озер.

Классификация Родионова

Принцип: причина, вызывающая смещение оползня зависит от его структуры.

Различают 3 основных типа оползня:

Структурные оползни – это такие, когда смещение происходит в результате изменения структуры горных пород (выветривание).

Консистентные – чаще всего происходят в глинистых породах в результате изменения влажности, а следовательно консистенции г.п.

Суффозионные оползни – происходят чаще всего в песчаных горных породах за счет ослабления структурных связей при интенсивной суффозии.

Классификация Попова

Принцип: по возрасту и по генезису.

Существует 2 группы: современные оползни, древние оползни.

В свою очередь современные оползни по фазе развития подразделяются на движущиеся, приостановившиеся, остановившиеся, закончившиеся.

Древние оползни по фазе развития делятся на древние и погребенные.

Классификация Дранникова

По характеру смещения и глубине захвата.

Поверхностные оползни, охватывающие глубину сезонных изменений: оплывные, солифлюкционные потоки.

Глубинные оползни: ступенчатые, оползни скольжения, оползни выдавливания, суффозионные.

Количественные методы оценки устойчивости склона

Большое значение для прогнозирования имеет расчет устойчивости склона, которая зависит от двух групп факторов.

    Стимулирующая возникновение оползня или подвижки (масса, конфигурация, геологическое строение, наличие растительности, механические воздействия, различные геологические процессы такие, как выветривание, изменение рельефа, геотектоника, эрозия, абразия);

    К другой группе факторов можно отнести причины, препятствующие возникновению оползней (повышение базиса эрозии, климат, развитие растительности на склоне).

Первая группа факторов определяет повышение прочностных свойств, удерживающих склон.

Вторая группа может быть представлена ввиде совокупности факторов, сдвигающих склон. Был предложен коэффициент устойчивости склона, который равен:

Где знаки суммы показывают совокупность данных характеристик, взятых по отдельным блокам оползня:

С i – коэффициент сцепления

tg i – угол внутреннего трения.

P i – масса данного блока, которая способствует сползанию.

M i – это совокупность

По этой формуле видно, что если Ку>1, то склон устойчив, если Ку<1, то происходит оползень. и если Ку=1, то склон находится в неустойчивом состоянии.

По данной формуле при режимных работах проводят наблюдения за всеми параметрами, по результатам которых строят графики зависимости Ку= f ( t )

Возможны следующие ситуации:

    График снижается, приближаясь к линии Ку<1, что говорит о снижении устойчивости склона (ситуация требует срочного вмешательства).

    Положение склона достаточно надёжное, устойчивое, в этом случае возможны ограничения различного рода на слонах (строительство, водопотребление, динамические нагрузки) в зависимости от близости графика Ку=1.

    Говорит об увеличении устойчивости склона, что определяется природными факторами и фазой развития склона.

Методы изучения оползня

    Расчетный метод основан на определении Ку, расчете поверхности скольжения.

    Метод моделирования, основан на изготовлении моделей склона и искусственном увеличении сил, снижающих устойчивость склона.

    Метод аналогии – здесь устанавливается тождественность геологического, геоморфологического строения данного склона со склоном, Ку которого уже длительное время изучается.

    Метод историко-геологический – данный метод предполагает сравнение геологических условий оползня в настоящее время и в прошлом и оценка в связи с этим фазы развития оползня.

    Методы учетов – предполагает учет балансов всех земных масс и влияние факторов, изменяющих устойчивость склона.

Динамика оползневого процесса

Оползень, как показывает опыт, проходит три стадии развития:

    Подготовительная – заключается в том, что различные факторы. На этой стадии основная задача геологов заключается в оценке Ку склона, косвенного изучения намечающейся поверхности скольжения, анализ оползней, развивающихся в данной фазе в прошлое время.

    Смещение земляных валов – это еще не оползень, но под влиянием факторов, снижающих устойчивость склона, начинаются проявляться отдельные подвижки частей и массива в целом.

    Собственно оползневой процесс – характеризуется моментом, когда Ку<1. Задача геологов – изучение механизма смещения, создание легенды процессов для архива.

Методы изучения оползневых процессов

    Изучение архивных материалов по району.

    Сбор метеорологических, климатических данных, изучение гидрогеологических условий.

    Проведение инженерно-геологической съемки масштаба: по району – 1:50 000, по участку – 1:2 000 и крупнее. В том числе:

    Горно-буровые работы.

    Гидрометрические работы.

    Лабораторное определение показателей.

    Полевые опытные работы.

    Стационарные наблюдения.

    Геофизические работы.

Методы борьбы с оползнями

Все методы борьбы можно разделить по следующим направлениям:

    Разработка мероприятий, которые приводят к нейтрализации или уменьшению деятельности, снижающих устойчивость склона.

    Разработка мероприятий, повышающих устойчивость склона.

    Мероприятий, направленные на уменьшение амплитуды колебания устойчивости склона.

К первой группе мероприятий можно отнести следующие:

    борьба с переработкой берегов рек и озер;

    искусственный или естественный дренаж, предотвращающий доступ п.в. к поверхности скольжения;

    запрещение строительства сооружений в пределах оползневого склона, строительство сооружений, имеющих создающих динамические нагрузки вблизи склона.

Ко второй группе мероприятий можно отнести:

    искусственной закрепление склона забивными сваями;

    устройство подпорных стенок, сооружение дренажных систем и пр. мероприятия, снижающие водопритоки к оползневым районам.

К третьей группе методов можно отнести профилактические мероприятия:

    запрещение в пределах оползневого района буро-взрывных работ и геологической проходки.

    Запрещение строительства сооружений с динамическими нагрузками.

Обвалы, камнепады, осыпи

Обвалы – это внезапное обрушение больших массивов пород с горных склонов, сопровождающееся опрокидыванием о дроблением. Они возникают в результате ослабления внутренних связей вследствие выветривания и увлажнения пород.

По составу обрушившихся пород обвалы делятся на каменные, земляные и мешанные.

Камнепады – или вывалами называют падение со склонов отдельных камней или глыб. Причиной камнепадов, чаще всего, являются атмосферные осадки, приводящие к увеличению силы тяжести на склоне и уменьшению силы трения и сцепления.

Осыпями – называется скопление глыбового или обломочного материала на склоне и у его основания.

Угол, образуемый осыпью с горизонтальной плоскостью, называется углом естественного откоса и зависит от крупности и степени окатанности частиц: чем крупнее обломки и чем больше их угловатость, тем круче угол осыпи и наоборот. В зависимости от этих условий осыпи делятся на действующие затухающие и неподвижные.

Курумами – называют осыпи, состоящие из крупнообломочного материала, располагающегося в большинстве случаев у подножия склона в виде шлейфа и имеющие очень пологие поверхности.

Методы борьбы с обвалами и осыпями

Обвалы, камнепады, осыпи представляют собой большую угрозу для существования различных сооружений в горах и предгорьях. Во всех случаях методы борьбы разделяются на:

    Профилактические, направленные на предупреждение явления или приостановление его развития в начальной стадии.

    Инженерные, направленные на устранения действия процесса или снижение его интенсивности.

В местах развития мощных, постоянно действующих каменных осыпей устраивают защитные железобетонные галереи или даже тоннели. Остановить движение курумов гораздо сложнее и здесь основной метод борьбы сводится к осушению глинистой подстилки, на которой они находятся. В скальных породах применяется тампонаж цементация трещиноватых пород.

Контрольные вопросы:

    Дайте общую инженерно-геологическую оценку склоновых процессов.

    Что такое оползень? Перечислите элементы оползня.

    Назовите определяющий и сопутствующий факторы, обуславливающие возникновение оползней.

    Назовите природные условия, сопутствующие активному развитию оползней различных типов?

    По каким признакам можно выделить оползни различных типов?

    Как оценивается степень устойчивости склона? Какие вы знаете методы расчета устойчивости?

    Расскажите о мероприятиях по борьбе с оползнями.

    Что называется обвалом горных пород? Приведите классификацию обвалов.

    Что такое осыпи и на какие типы их разделяют?

    Что такое курумы и чем объясняется их подвижность?

    Перечислите профилактические мероприятия по борьбе со склоновыми процессами.

    1. Процессы, связанные с промерзанием и оттаивание пород

(мерзлотные процессы)

Строение толщи мерзлых пород

Горные породы, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, называются мерзлыми.

К сезонно-мерзлым – относятся такие породы, которые летом оттаивают, а зимой промерзают.

Многолетнемерзлыми породами называют такие породы, которые в течение сотен и тысяч лет сохраняют мерзлое состояние. Зона развития многолетнемерзлых пород называется криолитозоной .

По вертикали криолитозона делится на две части:

    Верхнюю – деятельный слой или слой сезонного промерзания и оттаивания.

    Нижнюю – собственно мерзлые грунты, горные породы, температура которых никогда не бывает положительной.

В геологическом разрезе различают два типа мерзлоты – сливающуюся и неслипающуюся.

Сливающаяся мерзлота – это такое строение геологического разреза, когда деятельный слой при замерзании непосредственно переходит в многолетнюю мерзлоту.

Не сливающаяся мерзлота – это такое строение геологического разреза, когда между промерзшими деятельным слоем и мерзлыми грунтами остается слой талого грунта, т.е. слой протаивания оказался больше слоя промерзания.

Геологические явления криолитозоны

Морозное пучение – это увеличение объема водонасыщенных грунтов в результате расширения воды в порах при замерзании.

Морозное пучение проявляется ввиде пучин – поднятий поверхности земли высотой 0,2-0,5 м удлиненной формы в виде бугров пучения, которые образуются вследствие поднятия пород деятельного слоя нижележащей массой льда, непрерывно увеличивающейся в объеме в результате подпитывания под мерзлотными водами.

Термокарст – явление проседания и последующего образования провалов, блюдец, воронок на поверхности многолетнемерзлых пород при оттаивании и скоплении льда в весенний период.

Наледи – наледи отличаются от бугров пучения тем, что они представляют собой плащеобразное потокообразное скопление льда на поверхности земли, образовавшееся в результате излива и замерзания речных или подземных вод.

Солифлюкция – так называют движение со склонов рыхлых водонасыщенных отложений под действием силы тяжести в результате оттаивания многолетнемерзлых пород.

Мероприятия по борьбе с мерзлотными явлениями и процессами

    Строительство сооружений без учета мерзлотного состояния грунта. Это касается скальных и полускальных мерзлых грунтов и других пород, не дающих после оттаивания значительных просадок.

    Строительство сооружений с соблюдением условий сохранения термического режима на протяжении всего периода их эксплуатации. Этот вариант применим в случае высокой льдистости грунтов, грозящей при поступлении тепла от сооружения недопустимыми деформациями основания.

    Строительство сооружений, допускающих значительные деформации основания, в условиях оттаивания грунтов (грубообломочные льдистые отложения, в которых исключается выпор грунтов основания).

    Строительство с предварительным оттаиванием грунтов и применением различных способов их уплотнения и улучшения.

Контрольные вопросы:

    Охарактеризуйте распространение многолетнемерзлых пород.

    Дайте описание криолитозоны и типов мерзлоты.

    На какие виды подразделяются многолетнемерзлые породы?

    Дайте характеристику криогенныфх и посткреогенных процессов и объясните разницу между ними.

    Перечислите мероприятия, применяемые для борьбы с криогенными и посткриогенными явлениями.

    1. Процессы, связанные с сейсмичностью

Под землетрясением обычно понимают интенсивные колебания земной поверхности, вызванные сильными подземными толчками, возникающими в результате высвобождения громадного количества внутренней энергии Земли.

Точка, в которой возникает сейсмический толчок, лежащая на некоторой глубине от поверхности, носит название гипоцентра. Проекция гипоцентра на дневную поверхность называется эпицентром.

По происхождению различают пять типов землетрясений:

    Тетанические , вызванные тектоническими движениями земной коры и составляющие подавляющее большинство землетрясений. Они характеризуются широким площадным распространением высоко бальностью.

    Вулканические, связанные с извержением вулканов. Имеют локальное распространение, но могут обладать большой силой.

    Денудационные (обвальные, провальные), порождаемые падением больших массивов горных пород со склонов или провалами в процессе карстообразования. Имеют также локальный характер и сравнительно высокую бальность.

    Техногенные, возникающие в результате взрывов, проводимых в инженерных и строительных целях.

    Морские (моретрясения или цунами), связанные с поднятием морского дна и возникновением в результате этого разрушительной морской волны.

Интенсивность землетрясения зависит от состава и состояния пород среды, в которой распространяются сейсмические волны, глубины залегания уровня подземных вод, тектонических нарушений, характера рельефа и глубины залегания очага землетрясения.

Принципы антисейсмического строительства

При проектировании зданий и сооружений в сейсмических районах следует учитывать интенсивность и повторяемость сейсмического воздействия. Для этого составлены карты сейсмического районирования, которые дают представление о зонах возникновения очагов землетрясений и их интенсивности.

Разрушение сооружения начинается в зависимости от его расстояния от эпицентра землетрясения либо в результате вертикального толчка, либо под действием горизонтальной сдвигающей составляющей поверхностной волны.

Непосредственной причиной разрушения конструкции является инерционная сила, возникающая в результате сейсмического толчка в массе сооружения.

В случае совпадения периода колебания основания с собственным колебанием сооружения величина инерционных сил может увеличиваться в несколько раз по сравнению с расчетной. Поэтому при выборе места будущего сооружения нужно, чтобы период собственных колебаний сооружений резко отличался от периода колебаний основания.

Основные принципы изысканий и строительства в сейсмически активных районах сводится к следующему:

    Проведение сейсмического микрорайонирования для уточнения приращения бальности и производство расчетов сооружения с учетом сейсмических сил.

    При выборе оптимальных условий для размещения будущих сооружений необходимо избегать участков, сложенных рыхлыми, обводненными или водонасыщенными грунтами.

    Сооружения не следуют размещать на участке резко пересеченного рельефа и в районах развития склоновых или карстовых процессов.

Контрольные вопросы:

    Что понимают под землетрясением и каковы причины этого явления?

    Какими видами волн передаются колебательные движения при землетрясении?

    Какие типы землетрясений вы знаете?

    Каким образом можно оценить силу землетрясения?

    Какие природные факторы влияют на интенсивность землетрясения? Что такое предвестники землетрясения и к чему сводится прогнозирование землетрясений

    В чем заключаются принципы антисейсмического районирования

    1. Процессы, связанные с инженерной деятельностью человека

Процессы, обусловленные статическими нагрузками от инженерно-геологических сооружений и застроенных площадей.

Определяющим фактором этого процесса является давление от веса здания и сооружения, передающегося на грунты основания. Процесс осадки от сооружений наблюдается также на насыпных и намывных грунтах, недостаточно «слежавшихся» после укладки основания.

Деформация грунта основания в результате уплотнения нагрузкой от сооружений.

Такая деформация носит название осадки и выражается в изменении отметок поверхности земли под сооружением или в изменении мощность активной зоны.

Допустимой называется такая осадка сооружения, которая не приводит к нарушениям его работы.

Процессы, вызванные динамическими нагрузками и взрывами.

Динамические нагрузки возникают при работе различных механизмов, в местах постоянного движения транспорта, а также при добыче полезных ископаемых. В скальных породах динамические нагрузки ведут к раскрытию трещин и обвально-осыпным явлениям.

Процессы, возникающие при подземном способе разработки полезных ископаемых.

Разработка твердых п.и. подземным способом, с образованием больших по объему полостей, ведет к возникновению в этих полостях горного давления, что приводит к сдвижению горных пород в сторону выработки. Сдвижение начинает развиваться от выработки и имеет следующие зоны:

    Обрушения – ближайшая к выработанному пространству, где порода характеризуется полной потерей сил внутренних связей;

    Трещиноватости – характеризуется разрывом сплошности пород с образованием трещин от нескольких миллиметров до метров;

    Плавных сдвижений – зона перемещений и деформаций, не сопровождающихся нарушением сплошности.

Процессы, возникающие при осуществлении водохозяйственных мероприятий.

Длительное увлажнение поверхностного слоя грунтов путем систематических поливов и транспортировки воды по каналам оросительной сети приводит к нарушению сложившихся гидрогеологических условий территории: повышению уровня грунтовых вод, изменению их химсостава, засолению поверхностных горизонтов.

Процессы, обусловленные созданием больших водохранилищ в долинах рек.

Строительство крупных гидроузлов в долинах рек вызывает активизацию экзогенных и эндогенных процессов в окружающей геологической среде. Активизация первых приводит к переработке берегов водохранилища, эрозии, оползням, обвалам, а также к суффозии, карсту и просадкам, обусловленным подпором грунтовых вод, активизация вторых – к сейсмической деятельности, выражающейся в появлении вначале слабых, а с течением времени усиливающихся локальных землетрясений.

Появление сейсмических толчков в сейсмически малоактивных районах или резкое оживление сейсмической деятельности в связи с постройкой и заполнением водохранилищ.

Дополнительная нагрузка от воды при заполнении водохранилища способствует опусканию его ложа, влияет на изменение порового давления в пластах и приводит к высвобождению сейсмической энергии, что вызывает землетрясение.

Контрольные вопросы:

    Какие процессы и явления и явления называются инженерно-геологическими и чем оно отличаются от естественных геологических процессов?

    Что такое осадка грунтов основания и чем она обусловлена? Чем отличается осадка от просадки?

    В результате чего может возникнуть выпор грунтов из-под сооружения?

Геологические процессы делятся на экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние).

Экзогенные процессы вызываются энергией, получаемой Землей от Солнца, притяжением Солнца и Луны, вращением Земли вокруг своей оси, действием силы тяжести.

Эндогенные процессы обусловлены энергией недр Земли. Экзогенные процессы приводят к выравниванию форм рельефа местности. Под влиянием температур, под действием ветра, воды, морского прибоя, ледников происходит разрушение горных пород и перенос их в пониженные участки земной поверхности, главным образом в моря и океаны.

Экзогенные процессы происходят на земной поверхности и в верхних частях земной коры в результате её взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой. Эти процессы производят разрушительную и созидательную работу. Разрушительное действие оказывают процессы выветривания и денудации.

6 Способы изучения геолог процессов, результаты

Геологические методы исследований – при геологических исследованиях изучаются главным образом верхние горизонты земной коры непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных – горных выработках (закопушках, канавах, шурфах, карьерах, шахтах, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяются главным образом геофизические методы. Объектами геологических исследований являются:

    природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы и др.), в частности их строение и состав;

    расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;

    различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;

    причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли в целом.

Система геологических методов исследований

Геологические исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах и др.), таким образом проводятся полевые исследования. Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.

Обязательным элементом полевых работ геолога является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений.