Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

757

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
06.12.2022
Размер:
14.24 Mб
Скачать

Грунтовыеналедиобразуются припромерзании верхнегогоризонта подземных надмерзлотных вод. Надмерзлотные воды залегают на поверхности многолетнемерзлых пород, являющихся водоупором.

Чащегрунтовыеналеди образуютсявдольавтомобильныхи железных дорог, причем до постройки их не было.

Вдольдорогвследствиеуплотнениягрунтаиликвидацииснежного покроваглубинасезонногопромерзанияувеличивается.Зимойпроисходит промерзание грунта под дорогой более интенсивное, чем на территории, покрытой снегом. Водоносный горизонт промерзает до водоупора. Вода под большим напором через трещины в мерзлом грунтевыходит на поверхность, образуя наледь, заливающую дорогу. Размеры наледей достигают по длине до сотни метров и высоте до 2– 5 м. С такими наледями борются методом устройства мерзлотных поясов.

Мерзлотный пояс представляет собой широкую неглубокую канаву, пройденную параллельнодороге, для перехвата потока грунтовых вод (рис. 79). Промерзание происходит вдоль мерзлотного пояса, с образованием наледи вдали от дороги.

Наиболее эффективным методом борьбы с наледями является устройстводренажа подземных вод. Частоналеди формируютсяв тоннелях, что обусловлено замерзанием подземных вод, проникающих через обделку, при деформации дренажей, при конденсации водяных паров.

Рис. 79. Схема устройства мерзлотного пояса:

1 — полотно дороги; 2 — дренажная канава; 3 — наледь с формированием до создания мерзлотного пояса; 4 — водоупор; 5 — граница промерзания деятельного слоя; 6 — поток грунтовых вод; 7 — канава мерзлотного пояса; 8 — место предполагаемого образования наледи

кое» время. Наиболее активная сейсмичность проявляется в следующих сейсмических областях (рис. 22):

Тихоокеанскийсейсмическийпояс,оконтуривающийТихийокеан. В него входят Аляска, Чукотка, Камчатка, Курильские острова, Сахалин, Япония, Индонезия, западное побережье Америки;

Северо-Атлантический пояс— побережьеАтлантическогоокеана;

Средиземноморский сейсмический пояс — включает территории Средиземного и Черного морей, Кавказа, Крыма и Карпат;

Альпийско-Гималайскийпояс—включаеттерриториюГимала- ев, Тибета, Памира, Горного Алтая.

Во всех случаях землетрясений их гипоцентры приурочены к контактам литосферных плит, глубоким тектоническим разломам и подвижным внутриконтинентальным рифтовым зонам.

На территории России наибольшей сейсмической активностью характеризуются Байкальская рифтовая зона Забайкалья, которую пересекает Байкало-Амурскаяжелезнодорожная магистраль (рис. 23).

Здесь произошлов последние 300 лет несколькокатастрофических землетрясений. В1725г. ВеликоеВосточно-Сибирскоеземлетрясение (11–12 баллов) охватило территорию от Нерчинска до Иркутска. При землетрясении в 1862 г. восточная часть берега озера Байкала площадью 187 км опустилась, и образовался залив Провал. В 1902 г. — Чурокское землетрясение (9 баллов), 1917 г. — Северо-Байкальское (9 баллов), 1957 г. — Муйское (10–11 баллов), при этом часть хребта Удокан поднялась на 1,5 м и сдвинулась к северо-востоку на 1,2 м.

18января 1967г. землетрясениев Прибайкальедостигло9–10 баллов, ощущалось на территории более1 млн км2, деформации сооружений наблюдались на расстоянии 700 км от эпицентра. В этой области ежегодно происходит до 700 землетрясений разной силы.

Высокой сейсмичностьюхарактеризуется Дальний Восток России, расположенный в Тихоокеанском сейсмическом поясе. Чаще всего землетрясенияпроисходятнаКамчатке,КурильскихостровахиостровеСахалин.В1995г.приземлетрясениинаостровеСахалин(9 баллов) был разрушен г. Нефтегорск.

БольшаячастьСеверногоКавказанаходитсявпределах7-балльной сейсмичности (г. Краснодар, Туапсе, Кисловодск), в районе городов Сочи, Адлер, Махачкала возможны землетрясения в 8 баллов.

202

91

Рис. 22. Сейсмические пояса Земли: А — Арктический; СА — Северо-Атлантический; С — Средиземноморский; УО — Урало-Охотский; Т — Тихоокеанский; 1 — горноскладчатые пояса; 2 — платформы

мерзлоты происходит с освоением северных районов. В природных условиях при вытаивании льда образуются ложбины, впадины, при заполнении их водой формируются термокарстовые озера.

Повышенную опасность деградация мерзлоты представляет для железныхиавтомобильныхдорог.Вюжныхрайонахраспространение «вялой»мерзлоты(стемпературойвыше–2°С)насыпидорогвпроцес- се эксплуатации оттаивают, мерзлота деградирует, происходит их осадка.

Врайонах с низкотемпературными мерзлыми породами (ниже –2 °С) в насыпях высотой до 6 м сохраняется мерзлое состояние грунта,итольковвысоких(более6м)насыпяхпроисходитоттаивание грунта с образованием «чаши» протаивания.

Под насыпями, возведенными из крупнообломочных грунтов (без песчано-глинистого заполнителя), мерзлота сохраняется, осадки не наблюдаются.

Наледи — ледяныетела, образовавшиеся в результатенамерзания поверхностных или подземных вод на земной поверхности или в пещерахиинженерныхсооружениях (тоннелях,водопропускных трубах). Поопытустроительства и эксплуатации железных дорог известно, чтовследствиевоздействия транспортныхсооружений на природные условия число наледей возрастает в три раза по сравнению с периодом изысканий.

Воздействие наледей на сооружения проявляется в заполнении отверстий труб и мостов льдом, в физическом разрушении их элементов, в эрозионном размыве грунтов в основании сооружений.

Взависимости от происхождения выделяются следующие типы наледей: речные, ключевые, грунтовые.

Речные наледи образуются врезультатепромерзания русла реки. В районахмноголетней мерзлотызамерзаниеводыв рекахпроисходитс поверхностиидна.Водаоказываетсяподдавлениемипоприбрежным трещинамизливается на поверхность льдаи берег, образуя наледь. На севере часто наблюдается полное промерзание русла с образованием слоистой толщильда, разрушающевоздействующей наопорымостов.

Ключевые наледи образуются за счет замерзания источников подземных вод, формируются в видескопления льда на склонах долин, в логах, балках. Часто полностью забивают льдом водопропускные трубы и разрушают их.

92

201

обломки пород и минералов в массивную породу, поэтому структуру грунтовэтогокласса называюткриогенной(греч.криос—холод,лед).

Взависимостиотсодержанияльдавгрунтахвыделяютразновидно- сти:слабольдистые—менее0,2;льдистые—0,2–0,4;сильнольдистые

0,4–0,6 и очень сильнольдистые — 0,6–0,9 (льдистость — отношение объема ледяных включений к объему мерзлого грунта). При содержании в мерзлом грунте ледяных включений более 90 % грунт представлен льдом. Различают льды — речные, наледные, озерные, морские,донные,жильные, пещерныеиледниковые,мощностьпоследних достигает 4 км.

Вмерзлом состоянии грунты являются достаточно прочным основаниемдляинженерныхсооружений. Впроцессеэксплуатациисооружения выделяют тепло в грунт, лед тает, образуются пустоты, происходитосадкасооружений(какправилонеравномерная).Витогесооружениядеформируются. Величинаосадки зависитотльдистости грунтов.

Врайонахраспространениямноголетнемерзлыхпородприменяются следующие методы строительства:

— строительство без учета мерзлого состояния грунтов осуществляется на скальных грунтах;

— строительство с сохранением мерзлого состояния грунтов применяется при строительстве неотапливаемых сооружений. При мощности мерзлых пород более 15 м данный метод применяется и при строительстве тепловыделяющих сооружений, но в этом случае осуществляются мероприятия посохранению мерзлого состояния грунта (использование свайных фундаментов, продуваемых в зимнее время подвалов и предохранение от оттаивания грунтов летом);

— строительство с предварительным протаиванием многолетнемерзлой толщи грунтов;

— строительствонамерзлыхгрунтахприусловии,чтоприоттаивании мерзлоты произойдет осадка, непревышающая предельной величины для данного сооружения.

Врайонах распространения многолетнемерзлых грунтов проявляются процессы, осложняющие эксплуатацию транспортных сооружений. К ним относятся термокарст и наледи.

Термокарст — процесс вытаивания льда в грунтах в результате изменения температурного режима под влиянием естественных и техногенных причин. В результате оттаивания льда происходит отступлениемерзлоты, еедеградация. Наиболееинтенсивно деградация

1966):

X и более; 7 — изосейсты;

Кочеткову,

— IX; 6

Рис. 23. Схема сейсмического районирования Забайкалья (по В.М.

сейсмичности районов (в баллах): 1 — менее IV; 2 — VI; 3 — VII; 4 — VIII; 5 8 — зоны повышенной сейсмической опасности

 

Степень

200

93

27сентября 2003г. на югеРеспублики Алтай произошлоземлетрясениесилой 10баллов(смагнитудой7,3). Гипоцентрегорасполагался на территории Северо-Чуйского хребта. Землетрясение ощущалось в Хакасии, Красноярском крае, Кемеровской и Новосибирской областях.ПоданнымгеофизическойслужбыРАНвБельтиресилаземлетрясения составляла 8 баллов, Таштаголе — 6, Прокопьевске — 6, Новосибирске — 4, Кемерове и Барнауле — 3.

Внашейстранестроительствовсейсмическихрайонахрегламентировано СНиП 11-7–81, которые содержат карту сейсмического районирования и перечень населенных пунктов с указанием баллов возможных землетрясений.

На территории Сибири к сейсмическим (с силой 7 и более баллов) относятся отдельные районы Новосибирской, Кемеровской, Иркутской областей, Алтайского и Красноярского краев.

Землетрясения разрушают инженерные сооружения, приводят к гибели тысяч людей. При землетрясениях происходят сдвиги блоков пород как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, что приводитккатастрофическимдеформациямтоннелей.Так,приземлетрясении силой в 11 баллов в Керн-Каунти в Калифорнии (1920 г.) произошел разрыв тоннеля, сдвиг блоков, рельсы в тоннелях изогнулись и как бы ушли через бетонную обделку в скалу.

Землетрясенияявляютсяпричинойразвитиямощныхгравитационных процессов: провалов, обвалов, селей и оползней, вызывающих разрушение крупных населенных пунктов.

Даже незначительные по силе землетрясения могут вызвать подвижку плывунов в районах, удаленных от эпицентров на сотни кило- метров.Примерытому—прорывыплывуноввметроСанкт-Петербур- га и движение плывуна из Бабьего Яра в Киеве.

Строительство в сейсмических районах. При строительстве в сейсмическихрайонахследуетпомнить,чтобаллы сейсмическихкарт характеризуюттолькосредниегрунтовыеусловиярайонаи неотражают сейсмических условий конкретной строительной площадки.

Взависимости от геологического строения строительной площадки, глубины залегания подземных вод выделяются три категории сейсмичности территорий (табл. 14).

Известно, что грунты разного состава имеют разную скорость прохождения сейсмических волн v и соответственно разное приращение балльности по сравнению с гранитами (табл. 15).

По площади распространения, мощности мерзлых пород и их температуре выделяют три зоны:

1.Сплошнаямерзлота(арктическаяисубарктическая зоны). Мощностьмерзлых пород — от300 до1000 м(п-ов Таймыр),минимальная температура пород достигает –13,6 °С (в среднем от –5 до –9 °С).

2.Мерзлотасталиками.На фонеполямерзлыхпородвстречаются участки,поляталыхпород. Участкиталых породобычновстречаются вдоль речных долин, тектонических разломов. Мощность мерзлых пород составляет 200–300 м в Якутске, в Магадане — до 250 м, Чите, Игарке — до 120 м, температура — от –2 до –6 °С.

3.На юге выделяются островная мерзлота в виде отдельных острововмерзлыхгрунтов на поле талых грунтов. Мощностьмерзлых пород составляет от 10 до 100 м, в Иркутске — до 15 м. Температура

от 0 до –2 °С. Острова мерзлых пород распространены в Горном Алтае, Кунгурской пещерена югеУрала, на севереТомской и Омской областей.

Природныегрунты(скальныеидисперсные),имеющиеотрицательную температуру, относятся к классу природных мерзлых грунтов.

Среди мерзлых грунтов выделяют:

многолетнемерзлый(вечномерзлый)—находящийсявмерзлом состоянии в течение трех и более лет;

сезонномерзлый — находится в мерзлом состоянии в течение холодного сезона;

морозный —скальный грунтс отрицательной температурой, но не содержащий в своем составе льда;

сыпучемерзлый (сухая мерзлота) — крупнообломочные грунты и песок, имеющиеотрицательную температуру, нонесцементированные льдом;

твердомерзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, практически не сжимаемый под нагрузкой;

пластичномерзлый — пылевато-глинистые грунты, имеющие отрицательную температуру, но обладающие вязкими пластичными свойствами;

мерзлыйраспученный—дисперсный грунт, который приоттаивании уменьшает свой объем (промороженное основание).

Характерной особенностью большинства мерзлых грунтов является присутствие в них льда в виде отдельных кристаллов, линзочек, прослоев и даже мощных пластов и толщ. Лед, как цемент, связывает

94

199

Рис. 78. Схематическая карта распространения многолетнемерзлых грунтов на территории России: 1 — арктическая зона; 2 — субарктическая зона (сплошная мерзлота); 3 — мерзлота с таликами (умеренно холодная зона); 4 — островная мерзлота (южная зона)

Таблица 14

Категории грунтовых условий по сейсмическим свойствам

 

 

 

 

 

 

Уточненная балльность

Катего-

 

 

 

 

 

территории при балль-

рия ус-

Грунты, глубина подземных вод, м

ности районовпо сей-

ловий

 

 

 

 

 

смической карте

 

 

 

 

 

 

7

8

9

 

Скальные

грунты,

 

крупнообломочные

 

 

 

I

дисперсные

грунты при

залегании подземных

6

7

8

вод h более 15 м. Многолетнемерзлые грунты с

 

сохранением мерзлого состояния

 

 

 

II

Скальные

выветрелые,

крупнообломочные,

7

8

9

 

песчаные, глинистые грунты при h более 8 м

 

 

 

III

Крупнообломочные при h менее 4 м

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 15

 

Приращение сейсмической балльности грунтов

 

 

 

 

 

 

Наименование грунтов

 

v, км/с

 

Приращение балльности

Граниты

 

 

 

5,6

 

 

0

 

Известняки, гнейсы (плотные)

 

3,5–4,5

 

 

0,2–0,4

 

Мергели

 

 

 

2–2,6

 

 

0,7–1,0

 

Песчаники, полускальные

 

1,4–1,9

 

 

1,0–1,2

 

Крупнообломочные грунты

 

1,1–2,0

 

 

0,9–1,5

 

Пески крупные

 

 

1,1–1,6

 

 

1,2–1,4

 

Пески мелкие и пылеватые

 

0,7–1,2

 

 

1,4–1,8

 

Глины

 

 

 

0,9–1,5

 

 

1,2–1,6

 

Супеси

 

 

 

0,7–1,2

 

 

1,4–1,8

 

Насыпные

 

 

0,5–0,8

 

 

2,3–2,6

 

Насыпные водонасыщенные

 

 

 

3,3–3,9

 

Большое влияние на приращение балльности оказывает обводненность грунтов. Наибольшие разрушения во время землетрясений происходят на заболоченных, обводненных пылеватых и лёссовых недоуплотненных грунтах.

В целях детализации сейсмических условий территорий застройки обширной области проводится микросейсмическое районирование.

Под микросейсмическим районированием понимается выделение районов, участков, различающихся разной балльностью. В пределах территории города может быть выделено несколько участков разной сейсмичности.

198

95

На территориях, где сила землетрясений не превышает 6 баллов (территории платформ), сооружения проектируются без учета сейсмичности.

Вгорноскладчатыхобластях,т.е.врайонахсрасчетнойсейсмичностью более 7 баллов, проектирование и строительство ведется в соответствии с главой СНиП II-7–81 по проектированию сооружений в сейсмических районах.

Неблагоприятными по сейсмичности являются участки, расположенныевблизи тектонических разломовс сильно пересеченным рельефом местности, с близким к земной поверхности залеганием подземных вод.

Главные требования к проектированию и строительству в сейсмическихрайонахсводятсякприменениюнаиболеепростыхинадежных строительных конструкций и использованию качественных строительных материалов.

Моретрясение. В случаях, когда сейсмические явления происходят под дномокеанов, на поверхности океана формируются огромные волны воды (высотой до 60 м), которые называются цунами. Цунами перемещаются на расстояния в тысячи километров со скоростью до 800 км/ч. По мере уменьшения глубины моря крутизна волны резко возрастает,ионаобрушиваетсяна сушу,вызываяразрушениеберегов, сооружений игибельлюдей. Вдекабре2004г.произошлокатастрофическое цунами, охватившее берега Индонезии, Таиланда, Индии и даже Мадагаскара. Погибли более 200 тыс. чел.

Кромеохарактеризованныхтектоническихземлетрясенийразличают:

денудационные землетрясения — вызываются крупными обвалами в горах, обрушением кровли пещер;

техногенные (антропогенные) — землетрясения, вызванные деятельностьючеловека:взрывы,проходкагорныхвыработокиобрушение сводов. Довольночасто возникают землетрясения в связи с созданием крупных и глубоких водохранилищ (США, Франция, Швейцария, Индия, Италия, Россия и другие страны). Ученые считают, что «искусственные»землетрясенияобразуютсявобласти с интенсивным проявлением тектонических напряжений и там, где наблюдается сейсмическая активность. Вследствие увеличения нагрузки воды водохранилища и проникновение ее в массив пород возрастает поротрещинное давление, увеличивается напряженное состояние пород по разломам, что и вызывает землетрясения.

Рис. 77. Силы морозного пучения, действующие на фундамент:

1 — фундамент; 2 — граница промерзания; 3 — нормальные силы пучения; 4 — касательные силы пучения; 5 — линзы льда

Касательные силы морозного пучения образуются при смерзании грунтасбоковойповерхностьюфундамента.При промерзаниигрунта происходит увеличение его объема, грунт поднимается и поднимает смерзшийся с ним фундамент, возникают силы, касательные поотношениюкбоковойповерхностифундамента.Этисилыспособныразорвать фундамент в виде горизонтальных трещин, вытолкнуть фундамент легкого сооружения из грунта, приподнять из грунта опоры мостов, столбов заборов. Меры борьбы с касательными силами пучения заключаютсявтщательной гидроизоляционной обработкефундаментов.

16.2.Многолетняя мерзлота

ВсеверныхрайонахРоссии грунтыверхней частиземной корыпод деятельным слоем находятся постоянно в мерзлом состоянии, их температура всегданиже0°С. Такиегрунтыназываютсямноголетнемерзлыми, а территория их распространения — областью многолетней (или вечной) мерзлоты. Особенно широко многолетняя мерзлота распространена вСибири. ВЗападной Сибири южнаяграница проходит по широте г. Березово, чуть севернее г. Ханты-Мансийска и до устьяр.Тунгуска, далеевдольр.Енисей —доюжнойграницыРоссии, т.е. вся территория восточнее долины р. Енисея — это область многолетнемерзлых пород (рис. 78).

96

197

В процессе промерзания происходит неравномерное вдоль дорог пучение грунтов, что приводит к образованию впадин, горбов как на поверхности автодорог, так и на профиле рельсов железной дороги. Ухудшаютсяусловия взаимодействияподвижногосостава и пути, что может привести к аварии. С целью временногоустранения пучинных горбов применяется выправка железнодорожного пути с использованием противопучинных карточек.

Весной,когдаледвпучинахоттаивает,грунтпереходитвсостояние избыточногоувлажнения, разжижаетсяи выдавливаетсяв видегрязеподобной массы. Образуются просадки пути.

На автомобильных дорогах при оттаивании в теле насыпи глинистый грунт переходит в пластичное и даже текучее состояние. Под действием тяжелого автотранспорта происходит выдавливание водонасыщенного глинистого грунта через тонкий слой щебня и асфальтного покрытия. Дорога разрушается полностью. Требуется проведениекапитальныхмероприятий,направленныхнакоренноеулучшение состояния земляного полотна, исключающее возможность образования пучин. К ним относятся:

устройство прерывателей капиллярного подъема из щебня, галечника, гравия мощностью до 1,0 м;

замена пучинистых грунтов на непучинистые крупнообломочные грунты;

осушение пучинистых грунтов путем устройства дренажей для отвода поверхностных и подземных вод от полотна дороги;

уменьшение глубины сезонного промерзания грунтов путем укладки теплоизоляционных слоев из пенопласта.

Морозное пучение разрушающе действует и на фундаменты промышленных и гражданских сооружений. На фундамент сооружений действуют нормальные и касательные силы морозного пучения

(рис. 77).

Нормальные силы возникают за счет замерзания воды под подошвой фундамента.Онидействуютпонормаликподошвефундамента, стараютсявытолкнутьегоизгрунта.Снимиборютсяпутемзаложения фундаментов в пучинистых грунтах нижеглубины сезонногопромерзания.

Глава 8. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ. ЧЕТВЕРТИЧНЫЙПЕРИОД

8.1. Возраст горных пород

Геологическими документами, на основании которых определяется возраст горных пород и изучается история развития земной коры, являются: горные породы, геологические разрезы и окаменелости.

Любая горная порода свидетельствует об условиях своего образования (осадочное, озерное, болотное, магматическое, интрузивное, эффузивное).

Геологический профиль свидетельствует об изменении геологических условий во времени, по характеру чередования слоев пород в геологическом разрезе.

Окаменелости —ископаемыеостатки организмов(скелеты,панцири, отпечатки следов и листьев, семена и пыльца растений) рассказывают об эволюции органического мира, эволюции условий среды их обитания и в конечном итоге об истории развития земной коры.

Возраст горных пород бывает абсолютный и относительный. Абсолютный возраст — время от момента образования породы до

современной эпохи, исчисляется в миллионах или тысячах лет. Определяется по распаду радиоактивных элементов, входящих в состав минералов.

Относительный возраст — время какого-либо события в истории Земли по отношению ко времени другого геологического события. Определяетсяпоостаткаморганизмов,находящихсявгорныхпородах (палеонтологический метод). Таким образом, относительный возраст породы показывает лишь сравнительную степень древности ее по отношениюкдругим породам. Продолжительность временипри установленииотносительноговозрастаоцениваетсявединицах:эра,период, эпоха.

На основании изучения геологического строения земной коры и исследования окаменелостей, находящихся в породах, вся толща горных пород земной коры по характеру окаменелостей разделена на 5 групп (эратем). Время, за которое произошло формирование каждой группы отложений, называется эрой. Эра разделяется на периоды (времяобразования системыотложений), периоды —на эпохи (время формирования отдела отложений).

196

97

Внастоящеевремяврезультатеизучениявозрастапородразличными методами установлена геохронологическая шкала земной коры

(табл. 16).

Таблица 16

Геохронологическая шкала земной коры. Основные эпохи складчатости

 

Продолжи-

 

Начало

 

 

 

периода,

Эпоха складчатости (основ-

Эра

тельность,

Период, индекс

 

млн лет

 

млн лет

ные итоги тектогенеза)

 

 

назад

 

 

 

 

 

Кайнозой

65

Четвертичный Q

1,8

Альпийская (Камчатка, Саха-

Кz

 

Неогеновый N

24,6

лин, Курилы, Крым, Кавказ,

 

 

Палеогеновый g

65

Альпы, Гималаи)

Мезозой

183

Меловой K

144

Мезозойская (Колымское,

Мz

 

ЮрскийI

213

Верхоянское нагорья, Сихотэ-

 

 

Триасовый T

248

Алинь, Кордильеры)

Палеозой

322

Пермский P

286

Герцинская (Западно-Си-

Pz

 

Каменноугольный

360

бирская платформа, Урал,

 

 

(Карбон) C

 

Алтай, Кузбасс, Салаир)

 

 

Девонский D

408

Каледонская (древние плат-

 

 

Силурийский S

438

формы: Сибирская, Русская;

 

 

Ордовикский O

505

выделение щитов; Саяны,

 

 

 

 

Забайкалье, Скандинавия)

 

 

Кембрийский

570

Протеро-

1930

Венд V

650

Байкальская (Прибайкалье)

зой Pr

 

Рифей R

1650

Карельская (Эпикарельские

 

 

Ранний Pr

2600

платформы, Кольскийполу-

 

 

 

 

остров)

Архей Ar

2500

3700

Беломорская (формирование

 

 

 

 

суперконтинента)

Международным геологическим конгрессом утверждены стратиграфическиеиндексыи цвета окраски породкаждогопериода. Основным документом изучения геологического строения земной коры является геологическая карта. Геологическая карта представляет собой проекциювыходовгорныхпород различноговозраста (разныхпериодов)на горизонтальнуюплоскость. Возрастгорныхпородобозначается соответствующим индексом и окраской, а вещественный состав — штриховкой.

8.2. Геологическая история земной коры

Геологическаяистория земной корыначинается сархейской эры, с раннеокеанической стадии развития планеты. К этому времени были

а)

б)

Рис. 76. Схема миграции пленочной воды при промерзании грунта:

а— грунт до промерзания; б — грунт при промерзании; 1 — граница промерзания; 2 — грунтовые частицы; 3 — пленочная вода; 4 — гравитационная (свободная)

вода; 5 — кристаллы льда

Крометого,процессмиграцииводысглубиныпроисходитизасчет капиллярногоподнятиявзонупромерзания,чтохарактернодлятонкодисперсных грунтов и малой глубины залегания грунтовых вод.

Интенсивность морозного пучения зависит от минералогического состава глинистой фракции и состава катионов в водном растворе. Повышенное содержание в грунтах каолинита и гидрослюды, катионов Ca, Mg повышают величину морозного пучения.

В результате морозногопучения увеличивается объем грунта, происходит поднятие поверхности земли и сооружений. Морозное пучение является наибольшей опасностью для автомобильных, железных дорог и аэродромов. Для этих транспортных сооружений характерно максимальное промерзание грунтов (утепляющие слои снега и почвы отсутствуют) и, следовательно, наибольшее пучение.

На дорогах формируются поверхностные и коренные пучины. Поверхностныепучиныобразуются засчетзамерзанияводы, нахо- дящейсявбалластномслое.Ихвеличинасоставляет20–40мм,зависит отстепени загрязнениябалластногослоя тонкоизмельченнымматериалом (пыль, шлак). Для их ликвидации необходимо качественное

отведение воды.

Коренные пучины развиваются в теле грунтовых насыпей, сложенных из пылевато-глинистых грунтов, и в условиях близкогок поверхности земли залегания грунтовых вод и верховодки. Эти условия чрезвычайно характерны для территории Сибири.

98

195

Таблица 21

Классификация пучинистых грунтов

Разновидность

Относительная

 

 

 

деформация

Характеристика грунтов

грунтов

пучения

 

 

 

 

 

 

 

Практически

Менее 0,01

Глинистые при IL < 0 (твердые).

непучинистый

 

Пески при Sr < 0,6.

 

 

 

 

Крупнообломочные с заполнителем до 10 %

Слабопучинистый

0,01–0,035

Глинистые при 0 < IL<

0,25 (полутвердые).

 

 

Пески мелкие при 0,6 <

Sr

< 0,8.

 

 

Крупнообломочные с песком пылеватым от 10

 

 

до 30 %

 

 

Среднепучинистый

0,035–0,07

Глинистые при 0,25 < IL<

0,5.

 

 

Пески пылеватые при 0,8 <

Sr < 0,95.

 

 

Крупнообломочные с песком пылеватым более

 

 

30 %

 

 

Сильнопучинистый

Более 0,07

Глинистые при IL > 0,5 (мягкопластичные).

 

 

Пески пылеватые имелкие при Sr > 0,95

Таким образом, максимальному морозному пучению подвержены глинистыегрунты(супеси, суглинки, глины),пылеватыепески.Крупнообломочные грунты (щебень, галечник, гравий), крупный песок пучением не обладают.

Известно,чтообъемводыпризамерзанииувеличиваетсяна9%,что незначительно сказывается на увеличении объема грунта. Главной причиной морозного пучения является избыточное льдовыделение, происходящее при замерзании воды, мигрирующей с глубины.

Механизм пучения можно рассмотреть на примере промерзания пылевато-глинистыхгрунтов. Вглинистыхводонасыщенныхгрунтах в крупных порах находится свободная вода, а вокруг глинистых и пылеватых частиц в виде пленок присутствует физически связанная вода (рис. 76).

При понижении температуры грунта до 0 °С происходит замерзание свободной воды, в порахобразуются кристаллы льда. При снижении температуры до –2…–3 °С замерзает физически связанная вода. Кристаллыльда увеличиваются, а толщина пленок физически связанной воды в зоне промерзания уменьшается. Происходит нарушение осматического равновесия, частицы грунта подтягивают физически связанную воду с глубины в зону промерзания. Здесь она замерзает, происходит избыточное льдовыделение и морозное пучение.

сформированы основные геосферы Земли: ядро, мантия, кора, гидросфера и атмосфера.

Земная поверхность представляла собой мелководный океан, из которого выступали участки коры в виде отдельных островов. Сама кора имела незначительную толщину, зачастую проплавлялась высокотемпературной магмой,поступающей из астеносферы. Приееостывании формировались гранито-гнейсовыепороды. В земной коре закладывались подвижныетектоническиепояса. В концеархейской эры проявилась беломорская эпоха складчатости.

Предположительно в это время сформировался единый крупный континентальный массив — суперконтинент Пангея — 1 и ее антипод — мировой океан Пангаласса.

Вболее поздний протерозойский этап развития земной коры произошли карельская эпоха складчатости (2 млрд лет) и Байкальская складчатость (680 млн лет). Эти события привели к окончательному оформлению докембрийских плит. Материки практически оформились в современных очертаниях, слагающих единый суперконтинент ГондвануиЛавразию.Характерныйландшафтконтинентовпредставлял собой равнинную пустыню с мелкосопочником, горными сооружениями и мелководные моря с архипелагами островов.

Органический мирбылсосредоточенвморях:колонии водорослей, грибы, губки, черви и многоклеточные беспозвоночные.

На территории России древнейшие породы архейской и протерозойской эр распространены в Карелии и на Кольском полуострове — Балтийский щит. На территории Сибирской платформы — Анабарский и Алданский щиты. Это скальные породы: граниты, гнейсы, кристаллическиесланцы, кварциты,мраморы, конгломератыи песчаники.

Палеозойский этап развития. В породах палеозойской эры обнаружено и изучено большое количество окаменелостей, что позволило

вобъеме эры выделить 6 геологических периодов: кембрийский, ордовикский,силурийский,девонский,каменноугольныйипермский.

Враннепалеозойский(каледонский)этапразвития,охватывающий кембрийский, ордовикский и силурийский периоды, произошло формирование мощных толщ глин кембрия (берега Финскогого залива), песчаников, известняков, доломитов в Сибири и Алтае.

Органическиймирмногообразен.Распространенывосновномморские организмы (брахиоподы, археоцеаты, иглокожие и др.). В конце

194

99

силура появляются первые растения и животные. Главным событием раннепалеозойскогоэтапа развития являетсяпроявлениекаледонской складчатости.Онавыразиласьвинтенсивномвулканизме,глобальной регрессии моря, увеличении площади суши и повышении ее отметок над уровнем моря. Все это вызвало крупное материковое оледенение континентов. Каледонские структуры распространены в Западной Скандинавии, побережьеГренландии, в Сибири, Западном и Восточном Саянах, Забайкалье, Салаире, на Чукотке, в Северной Америке—

вКордильерах.

Впозднепалеозойский (герцинский) этап развития, в девонский период,платформыиспыталиустойчивоепрогибание,произошламощнаятрансгрессияморя.Вморскихусловияхпроизошлоформирование красноцветныхтолщпесчаников,органогенныхизвестняков,доломитов и мергелей (см. рис. 21).

Вкаменноугольноевремяклиматбылвлажный,тропический.Большая территория континентов покрыта тропическими лесами. При отмирании лесов формировались толщи органики, которые перекрывалисьтолщейглинистыхпород.Вморскихводоемахкарбонаформировались толщи известняков, кварцевых песчаников, широко распространенных на территории Русской платформы (Подмосковье, Татарстан, Башкирия).

Впермское время климат сменился на континентальный сухой, в водоемахбылисформированыхимическиеосадкикаменнойкалийной соли, гипса, известняков.

Важным событием позднепалеозойского этапа развития земной корыявляетсягерцинскаяскладчатость,начавшаясявдевонеизакончившаяся в пермское время. В результате горообразовательных процессовбыли сформированыгорныеструктурыУрала,Алтая,Салаира, Казахской горной страны, фундаментЗападно-Сибирской плиты. Активнаямагматическаяивулканическаядеятельностьпривелакформированию гранитных интрузий в горноскладчатых областях, базальтовыхвулканическихтрапповнаСибирскойплатформеитолщметаморфических пород:кристаллическихсланцев, гнейса, мрамора. Глинистые породы были превращены в аргиллиты, алевролиты и глинистые сланцы. Толщи органического вещества превратились в крупнейшие месторождениякаменногоугляи антрацита (Кузбасс, Донецкий, Подмосковский, Тунгусский, Минусинский и Печорский каменноугольные бассейны).

промерзания суглинистых грунтов на территории России и стран ближнего

зарубежья

Рис. 75. Схематическая карта глубин сезонного

 

100

193

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]