3. Инженерно-геологические прогнозы и их виды.
(Билет 2020) Инженерно-геологический прогноз заключается в предсказании процесса движения исследуемого объекта (литосистемы), обусловленного его внешними и внутренними взаимодействиями, поэтому в основе прогнозирования должна лежать теория взаимодействий ГС с внешними средами, в том числе и с искусственными элементами природной среды, или общая теория экзогенных геологических процессов.
Инженерно-геологический прогноз при строительстве ПТС заключается в сопоставлении прогнозируемых данных о структуре и свойствах ГС и ее движения с фактическими данными, полученными в период строительства. Прогноз в период эксплуатации ПТС представляет собой предсказание ИГП, которые будут развиваться в будущем. Прогноз разрабатывают на основе данных наблюдений за фактически развивающимися ИГП.
Общий прогноз - для выбора нескольких наиболее перспективных вариантов требуется прогноз совокупности компонентов ИГУ, определяющих оценку территории применительно к планируемому строительству. Он включает прогнозы отдельных компонентов ИГУ, отдельных свойств литосистемы, а следовательно, состоит из нескольких частных прогнозов. При выборе перспективных вариантов рассматривается и оценивается большая территория, в пределах которой литосистема, как правило, неоднородна, поэтому прогноз является региональным. Прогноз большинства компонентов ИГУ дается относительно ко времени. Для отдельных свойств ГС возможен бессрочный прогноз. По характеру оценок прогноз является качественным, хотя некоторые частные прогнозы, компоненты общего, могут быть количественными.
4. Геологические процессы мерзлотного комплекса. Методы их изучения и оценки.
Мерзлотными процессами называются экзогенные геологические процессы, которые обусловлены сезонным и многолетним промерзанием и оттаиванием увлажненных рыхлых горных пород, охлаждением мерзлых пород и замерзанием подземных вод.
Морозное пучение– за счет промерзания деятельного слоя, локальные поднятия зимой дорожных одежд увеличение объема породы при промерзании (~ на 10 %), при оттаивании образуются ямы. Присуще рыхлым породам – пылеватым. Образуются т.н. пучины. Высота их от 2–4 см до 50 см, и длина до 10–12 м. Особенно неприятно для линейных сооружений, железных дорог, автодорог. Борьба – осушение, замена пучинистых грунтов.
Выпучивание фундаментов– морозное пучение (вымораживание) приводит к выпиранию столбов, фундаментов из основания. Вот почему всегда глубина заложения фундаментов должна быть ниже глубины деятельного слоя (сезонного промерзания). А в области вечной мерзлоты – обмазки, гравийные, щебнистые засыпки, расширение фундаментов книзу.
Бугры пучения (гидролакколиты) – подъем деятельного слоя за счет промерзания межпластовых вод. +бугульняхи
Бугры пучения. Буграми пучения называются достаточно крупные формы рельефа, образующиеся за счет сезонного и многолетнего промерзания, неравномерно развивающегося по площади, встречающиеся на поверхности земли по одному или группами. Среди них выделяются:
1) торфяные бугры;
2) булгунняхи;
3) гидролакколиты.
Эти мерзлотные процессы различаются между собой механизмом льдообразования, формами проявления и размерами.
Торфяные бугры образуются, как правило, на участках развития торфяников, в условиях открытой системы промерзания и называются миграционными, по механизму движения в них влаги формирующей ледяные тела. Торф и мох обычно содержат в себе достаточно много влаги. Их температура обычно ниже, чем у окружающих минеральных пород. Это происходит за счет больших затрат тепла на испарение влаги, и поэтому теплопроводность их в мерзлом состоянии, больше чем в талом. Зимой эти отложения охлаждаются больше, чем прогреваются летом. Кроме этого, большое количество солнечного тепла летом расходуется на испарение влаги с поверхности мха и торфа, что приводит к понижению температуры их нагревания, по сравнению с участками без мохового и торфяного покрова. Поэтому неравномерно охлаждающиеся торфяники, в первую очередь переходят в многолетнемерзлое состояние по сравнению с окружающими их песчано-глинистыми породами
Гидролакколиты – инъекционные бугры пучения, образующиеся в местах разгрузки различного типа напорных подземных вод. Физика процесса образования гидролакколитов состоит в следующем. Если под толщей многолетнемерзлых пород имеется напорный водоносный горизонт, то при промерзании пород деятельного слоя сверху, может образоваться замкнутая масса водоносных пород, в пределах которой возникает гидростатический напор, за счет уменьшения поперечного сечения потока. Под влиянием этого напора мерзлые породы деятельного слоя вздымаются в сторону меньших сопротивлений, образуя в рельефе бугор пучения (рис 9.6). В последствии, бугор промерзает, и внутри его образуется линза или слой льда. Такие бугры могут достигать высоты 1,5-2,0 м, их диаметр равен нескольким метрам. Летом они протаивают, оседают и исчезают, а зимой образуются вновь. Это, в основном, однолетние бугры пучения
Термокарст – проседание земли за счет оттаивания при нарушении теплового режима.
Морозобойное растрескивание- процесс механического раздробления горных пород вследствие их растрескивания под влиянием термического сжатия при охлаждении и расклинивания трещин замерзающей в них водой. Результат процесса – формирование полигонально-жильных структур и полигонального рельефа
Наледь – скопление льда на поверхности в результате излившихся подземных или речных вод. При глубоком промерзании рек происходит сильное сужение сечения потока, и, как следствие, возрастает давление воды на лед. В ослабленных местах речной лед проламывается и вода изливается на поверхность, образуя речную наледь. Подобным образом формируются наземные наледи, с той лишь разницей, что верхней коркой является замерзающий грунт, а взламывают её грунтовые воды. Наиболее крупные, многолетние наледи образуются в местах глубинных разломов восходящими напорными подмерзлотными водами. Самой большой в России является Момская наледь, мощностью 6–7 м. и площадью 100 км2.
Солифлюкция – оплывание оттаявших пологих склонов южной экспозиции по мерзлоте.
Курум – скопление крупнообломочного каменного материала, медленно передвигающегося вниз по склону. Любая инженерно-геологическая деятельность в криолитозоне имеет свою особую специфику. Так как многолетнемерзлые породы очень чутко реагируют на малейшее изменение локального температурного режима, а, следовательно, практически на любое вмешательство в изначальную среду, основным правилом любого строительства является прогноз и регулирование температурного состояния мерзлых грунтов.
Главными опасностями для сооружений являются специфические процессы, такие как термокарст и морозное пучение. В связи с этим здания строят либо на насыпном грунте (преимущественно одноэтажные и двухэтажные), либо на сваях, забитых ниже уровня сезонного оттаивания. Для предотвращения оттаивания мерзлоты между землей и первым этажом оставляют вентилируемое пространство, обычно 1–1,5 м. При прокладке коммуникаций особое внимание уделяют тепло- и гидроизоляции.
Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется СП 493.1325800.2020.
Строительство производится по трем принципам:
– с сохранением мерзлоты на весь период эксплуатации
– с предварительным оттаиванием и последующим укреплением основания или его заменой на другие грунты;
– на скальном основании – без учета мерзлоты.
Мерзлотные явления - трещинообразование, пучение, солиф-люкция, термокарст - формируют пятнисто-мелкополигональный и бугорковатый( пятнисто-бугорковатый) микрорельеф на тундровых водоразделах и их склонах, крупнополигональный, плоско - и крупнобугристый микрорельеф - на обширных болотных равнинах.
К первой группе относятся мерзлотные явления, совершающиеся постепенно: криогенный массо — и влагооб — мен в почвенной толще и процессы, связанные с длительным пребыванием почв в мерзлом состоянии, вызывающие различные физикохимические и химические превращения в почвенноймассе и почвенном растворе и изменяющие физические свойства почв.
Вторая группа включает мерзлотные явления, частично или полностью прерывающие нормальное развитие почвенного профиля. К ним относятся явления интенсивного пучения и трещннообразоваиня, вызывающие деформацию и нарушенное залегание почвенных горизонтов, их разрывы и погребение, образование пятен с полным уничтожением органогенного горизонта. Под влиянием этих процессов происходит чередование периодов относительно стабильного развития тундровых глеевых почв с периодами частичных и полных нарушений того почвенного профиля, который был создан в предшествующий период относительно спокойного развития. Вследствие этого рассматриваемые почвы характеризуются сложным генезисом.
Выписка из сп 493.1325800-2020: (В районах распространения ММГ изучению подлежат в первую очередь геокриологические процессы: морозное пучение грунтов (в том числе, образование бугров пучения), термоэрозия, термоабразия, солифлюкция, термокарст, наледеобразование, курумообразование, морозобойное растрескивание.
4.3.13.1 Фиксация внешних проявлений геокриологических процессов при рекогносцировочном обследовании территории осуществляется с определением площадной пораженности территории, %; продолжительности проявления (лет); скорости развития и др.
4.3.13.2 В районах развития морозного пучения грунтов должны быть получены:
- характеристики температуры и влажности грунтов СТС и СМС, а также в таликовых зонах, их предзимняя влажность (в талом состоянии);
- относительная деформация
морозного пучения
;
- характеристики почвенно-растительного слоя и его влияние на теплофизические свойства грунтов СТС и СМС: мощность, содержание органики, видовой состав растительности напочвенного слоя.
В районах образования бугров пучения различного типа дополнительно должны быть получены морфологические характеристики бугров пучения (размеры в плане и разрезе, мощности грунтов и льда) и характеристики окружающего ландшафта (термокарстовые понижения, торфяники и т.д.).
При выполнении локального геокриологического мониторинга (Ж.3) дополнительно должны быть получены:
- амплитуда поднятия и опускания поверхности грунта в процессе его промерзания-оттаивания;
- данные об изменении морфологических характеристик бугров пучения во времени для оценки динамики их развития (в т.ч., с использованием материалов и данных ДДЗ прошлых лет).
4.3.13.3 В районах развития овражной термоэрозии должны быть получены:
- морфологические характеристики оврагов (характер поперечного профиля, протяженность, ширина, глубина);
- состав грунтов бортов оврагов.
При выполнении локального геокриологического мониторинга (Ж.3) дополнительно должны быть получены:
- морфометрические характеристики оврагов по поперечным створам;
- сведения о высоте снежного покрова и ее изменении в период устойчивого залегания снежного покрова, продолжительность этого периода.
4.3.13.4 В районах развития термоабразии должны быть получены:
- морфологическая характеристика береговых склонов и прибрежной части дна водоемов (озер, рек, морей, водохранилищ);
- характеристика грунтов и льдов береговых склонов и прибрежной части дна водоемов.
4.3.13.5 В районах развития солифлюкции должны быть получены:
- морфологические характеристики склонов и трещин отрыва;
- состав и характеристика подстилающих и смещающихся грунтов;
- глубина залегания подземных вод и их химический состав.
При выполнении локального геокриологического мониторинга (Ж.3) дополнительно должны быть получены периоды и скорость движения оттаявших грунтовых масс по склону.
4.3.13.6 В районах развития курумов должны быть установлены:
- характеристика обломочного материала (размер, степень окатанности, петрографический состав);
- состав и характеристики заполнителя;
- характеристика слоя льдов и (или) ледогрунтов, залегающих в подошве курума (слоя проскальзывания), их мощность и состав (при наличии);
- мощность курума в разрезе;
- характеристики перемещения курума (направление, скорость, уклон);
- температура в теле и подошве курумов.
4.3.13.7 В районах развития термокарста должны быть установлены:
- размеры термокарстовых проявлений и их глубина;
- формы термокарстовых проявлений в плане [круглая, овальная, сложная (смешанная)] и разрезе [цилиндрическая, коническая, чашевидная, блюдцеобразная, сложная (смешанная)];
- диаметр (поперечные размеры) и глубина, направление длинных и коротких осей;
- крутизна и характер склонов;
- форма дна, заполненность водой, заболоченность;
- степень задернованности и характер растительности на склонах и дне;
- разновидности грунтов, слагающих склоны и дно термокарстовых проявлений;
- происхождение (предполагаемый механизм образования);
- приуроченность к стратиграфо-генетическому комплексу;
- температурный режим и глубины оттаивания грунтов в контурах термокарстовых образований.
4.3.13.8 В районах развития наледей (4.4.12 и приложение К) должны быть установлены:
- морфологические характеристики наледи (размеры в плане, мощность);
- локализация наледи (русловая, долинная, склоновая);
- источники питания наледей, их расходы и генезис;
- температура, УПВ и химический состав наледеобразующих подземных вод;
- динамика роста и разрушения наледей;
- характеристики абразионной и эрозионной деятельности наледного льда и наледных вод;
- соотношения глубины промерзания грунта с уровнем грунтовых вод (для наледей подземных вод);
- наледные поляны [для них характерны: многочисленные протоки; наледный аллювий, представленный валунно-гравийно-галечным материалом; угнетенная растительность, погибший лес, хранящий следы их воздействия - отбеленные стволы, по которым может быть восстановлена максимальная мощность льда; остатки солей (высолы)].
Примечание - Наледи поверхностных вод изучают при выполнении инженерно-гидрометеорологических изысканий (6.1.3.6).
4.3.13.9 Для наблюдений за динамикой опасных геокриологических процессов следует использовать геофизические методы, а также учитывать результаты инженерно-геодезических изысканий.
4.3.14 Сейсмологические и сейсмотектонические исследования, СМР на территории распространения ММГ выполняют в соответствии с требованиямиСП 47.13330иСП 14.13330.
4.3.15 Инженерно-геокриологическая съемка включает комплекс видов работ и исследований, указанных в 4.3.4. Ее следует предусматривать для изучения современного состояния инженерно-геокриологических условий территории (района, площадки, трассы), намечаемой для градостроительной деятельности при выполнении инженерно-геологических изысканий для подготовки документации по планировке территории, выбора площадок (трасс) строительства, архитектурно-строительного проектирования (на первом этапе изысканий).
Детальность (масштаб) инженерно-геокриологической съемки, виды и объемы работ и исследований в составе съемки обосновываются в программе в зависимости от вида градостроительной деятельности, сложности инженерно-геокриологических условий территории, их изученности, уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений и их размеров.
В ходе инженерно-геокриологической съемки должны быть получены сведения и данные о рельефе; о геологическом строении грунтового массива; о геоморфологических и гидрогеологических условиях территории; о составе, состоянии и свойствах многолетнемерзлых, сезонноталых и сезонномерзлых грунтов; о геокриологических и других геологических (включая сейсмотектонические в сейсмических районах) и инженерно-геологических процессах.
Результатом инженерно-геокриологической съемки являются геокриологические карты (в том числе карты инженерно-геокриологического районирования и инженерно-геокриологических условий).)