16302C

4.7 Геологическая деятельность подземных вод (суффозия, карсты, плывуны)

Суффозия - механический вынос подземными водами мелкозернистой фракции из слоя неоднородных по гранулометрическому составу грунтов.

В результате суффозии грунт уплотняется, образуются суффозионные пещеры, провалы, воронки (рисунок 4.14).


а	б

Рисунок 4.14 – Геологическая деятельность подземных вод: а – суффозионная воронка; б – суффозионная пещера.

Меры борьбы с суффозией направлены на уменьшение величины критического значения напорного градиента Iкр., достигается это устройством на пути движения подземного потока противофильтрационных завес, откачек из скважин, устройством дренажных канав и др. В зоне разгрузки (выхода потока) устраивают обратные фильтры.

Карст - химическое растворение горных пород в земной коре и на ее поверхности грунтовыми водами, которые движутся по трещинам в массивах карбонатных, сульфатных, солекаменных и калийных пород. Растворенный материал выносится из массива в основание склона и выклинивается в виде нисходящего источника. Растворяющая способность подземных вод повышается с повышением температуры и давления. Кроме того, она зависит также от уже растворенных в воде газов и химических соединений.

Сравнительно легко растворяются каменная соль, гипсы, ангидриты, известняки, мрамор, мел, мергель. В результате карстовых процессов образуются полости и пещеры в массиве, карстовый рельеф на поверхности в виде воронок, корытообразных понижений, а также провалов (рисунок 4.15).


а

б

Рисунок 4.15 – Геологическая деятельность подземных вод: а – карстовые пещеры; б – карстовая воронка.

Уровень грунтовых вод в областях развития воронок и полостей понижается, что приводит к исчезновению растительности и широкому развитию процессов выветривания. Процесс карстообразования идет тем быстрее, чем длиннее путь фильтрации - от дневной поверхности до уровня дренирования и чем выше трещиноватость массива.

Наличие карста может привести к нарушению монолитности и устойчивости пород, увеличению их водопроницаемости и большей обводненности (рисунок 4.16).

Области развития карста имеют сложные инженерно-геологические условия и требуют тщательного изучения, прежде чем возводить на карстующихся породах те или иные сооружения (здания, тоннели, железнодорожные пути и др.).

Разрабатывают и применяют комплексные мероприятия по закреплению грунтов, уменьшению фильтрации в массиве. В зависимости от вида грунтов массива и степени их трещиноватости применяют глинизацию, силикатизацию, битумизацию и др. На поверхности, в местах выхода растворимых пород, применяют покрытия - замки из глины, битума или другого материала.

Рисунок 4.16 - Пещерная схема в известняках.

Плывуны. В строительстве и горной практике плывунами называют водонасыщенные рыхлые породы, обычно пески, которые при вскрытии различными горными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости (рисунок 4.17).

Оплывание может происходить как медленно толстым слоем, так и быстро и даже катастрофически быстро в виде прорыва, как только их вскрывают и чем больше извлекают грунт, тем большее количество его поступает со дна и стенок.

Рисунок 4.17 – Плывуны в строительстве

Если плывуны пришли в движение, значит, нарушена их устойчивость, а также устойчивость вмещающих их пород, склонов, откосов, оползней, подземных выработок, территорий и расположенных или только строящихся на них сооружений.

Различают плывуны ложные (псевдоплывуны) и истинные. Ложные плывуны - это породы, обычно в виде различных песков, не имеющие структурных связей, переходящие в плывунное состояние под действием высокого гидродинамического давления. Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу.

Истинные плывуны - глинистые пески с коагуляционными или смешанными структурными связями, обусловленными присутствием глинистых и коллоидных (менее 0,001 мм) частиц с высокими гидрофильными свойствами. Разжижение плывунов происходит при влажности, меньшей полной влагоемкости. Глинистые частицы окрашивают воды в серовато-молочный цвет. Характеризуются истинные плывуны слабой отдачей воды. При высыхании образуют сильно сцементированные массы.

Плывуны осложняют строительство. При строительстве в районах залегания плывунных пород применяются специальные методы подготовки основания: замораживание, крепление шпунтовым ограждением, осушение иглофильтрами и др.