Общие положения. Склоны это естественные наклонные участки поверхности земли, ограничивающие различные формы рельефа

Склоны это естественные наклонные участки поверхности земли, ограничивающие различные формы рельефа, а откосами обычно называют искусственно созданные склоны.

Склоны бывают вертикальные, крутые, пологие, ступенчатые, выпуклые. Они часто могут находиться в неустойчивом состоянии. Это вызывает процессы перемещения вниз по склонам под действием силы тяжести массивов пород или их обломков. Эти движения называют склоновыми (гравитационными) процессами. К ним относят такие геологические процессы, как осыпи, курумы, обвалы и оползни.

Приведённые термины на практике имеют двойной смысл: они обозначают как сам процесс – движение пород вниз по склону, так и результат этого процесса – скопления масс переместившихся горных пород на склонах или у их подножий.

Движение масс горных пород и их обломков на склонах представляет значительную опасность для дорог и населённых пунктов, расположенных у подножия склонов. Особенно опасны оползневые процессы и обвалы.

16.1. Осыпи.

На крутых склонах рельефа и откосах строительных выемок вследствие выветривания горные породы разрушаются и в виде обломков (небольшие глыбы, щебень, дресва и песок) перемещаются вниз, к подошве склонов, где создают скопления в виде валов и конусов. Такое, сравнительно быстрое движение дисперсного материала вниз по склону, а также его скопления и принято называть осыпью.

Скопления осыпавшегося материала, там, где склоны выполаживаются, нередко называют шлейфом осыпи. Мощность осыпей в этих местах может составлять от метров до десятков метров.

Осыпи горных районов, в своей верхней части, имеют крутизну поверхности около 45^о. Нижняя часть осыпей обычно пологая – около 30^о.

Осыпи в песчано-суглинистых отложениях отличаются от осыпей в скальных породах тем, что они образуют при крутизне склона до 40-50^о сплошной шлейф вдоль склона протяжённостью иногда более 2,5 км, расчленённый лишь небольшими промоинами и падями.

Характерной особенностью осыпей является их подвижность, т.к. это очень рыхлая масса, сложенная из обломков, которые практически ничем друг с другом не связаны. Осыпи бывают: 1) подвижные, 2) достаточно подвижные, у которых признаков затухания нет, 3) слабоподвижные, затухающие, имеющие слабое питание, 4) Относительно неподвижные, уплотнившиеся, поступления нового материала в эти осыпи не наблюдается.

Подвижные осыпи представляют собой наибольшую опасность. В таких осыпях масса обломков непрерывно возрастает и находится в очень неустойчивом состоянии. Движение таких осыпей происходит за счёт собственной тяжести, увлажнения от дождей и снеготаяния, землетрясений и даже от сотрясения воздуха от движущегося транспорта. Скорость верхнего слоя осыпи может достигать 1 м/год. Относительно неподвижные осыпи зарастают травой, кустарником и деревьями, но следует отметить, что эта масса обломков все же находится в состоянии неустойчивого равновесия. Подрезка таких осыпей может снова сделать их подвижными.

Подвижные осыпи следует обходить, но если это невозможно, то на дорогах в зависимости от подвижности осыпи и от конкретной ситуации инженерные мероприятия по предотвращению развития осыпей могут быть различными:

а) периодическая уборка обломочного материала,

б) строительство площадок (берм), защитных (улавливающих и подпорных) стенок (рис. 70), улавливающих сеток (рис. 71), козырьков (галерей) на горных дорогах (углы наклона козырьков при этом должны быть более 40^o, то есть больше угла естественного откоса песчаных и крупнообломочных пород),

в) выполаживание осыпающихся склонов и террасирование осыпей,

г) регулирование поверхностного и подземного стока,

д) укрепление осыпей растительностью

Рис. 70. Защитная стенка

Рис. 71. Подпорная стена и улавливающие сетки

Мероприятия по борьбе с осыпями назначаются после их обследования. По каждой осыпи составляется паспорт, в котором имеется инженерно-геологическая карта, где обозначены контуры, мощности и источники питания, а также геолого-литологический разрез осыпи.

16.2. Курумы.

Это геологическое явление, свойственное долинам горных рек. Особенно сильно оно проявляется на территории вечной мерзлоты (Восточная Сибирь, Дальний Восток) и в районах с суровым климатом (Урал, Алтай, Саяны и т.д.).

Курумы представляют собой огромные скопления крупных обломков горных пород, чаще в виде глыб.

Эти массы обломков располагаются у подошвы склонов, заполняют ложбины (рис. 72) и днища долин.

Рис. 72. Курум в виде «каменной реки»

В отличие от осыпей курумы образуются на пологих склонах долин (уклоны в 8-25^о). Основными факторами их происхождения являются физическое выветривание и морозные процессы (см. главу 17.2, рис. 80).

Курумы занимают большие площади и в днищах долин могут иметь мощность до 10-15 м, соединяясь при этом с аллювием рек.

Характерной особенностью курумов является их передвижение. Огромная масса камней (глыб) непрерывно сползает вниз по склонам. Скорость сползания небольшая – от сантиметров до десятков сантиметров в год, но за ряд лет это составляет внушительные расстояния. Сползание каменной массы обусловлено залеганием под ней «глинистой подстилки». Эти глины постоянно смачиваются атмосферными и грунтовыми водами, а также водами при снеготаянии, и глыбы под действием собственной силы тяжести ползут по мокрой глине и чем больше она смачивается, тем быстрее идет скольжение. В тесных ложбинах курумы создают так называемые каменные потоки.

По подвижности курумы имеет смысл разделять на: 1) действующие (подвижные) и 2) затухшие (практически неподвижные). Последние бывают покрыты частично или полностью слоями почвы с дёрном, на них развита растительность.

Борьба с курумами достаточно трудоёмкая и должна осуществляться постоянно. Хорошие результаты можно получить, создавая систему отвода поверхностных вод нагорными канавами. Глинистая подстилка обезвоживается, и движение курумов останавливается. Часто крупные глыбы, оказывающие давление на насыпи, уничтожают взрывами. Строительные объекты следует закладывать на тех участках курумов, которые перешли в разряд затухших.

16.3. Обвалы.

Обвалы – это обрушение со склонов отдельных глыб или более или менее крупных масс горных пород с опрокидыванием и дроблением.

Обвалы возникают на очень крутых склонах гор (более 50^о), в обрывах равнинных форм рельефа в долинах рек, на побережьях морей, а также в стенках строительных котлованов, траншей и дорожных выемок. Обвалы часто связаны с их подрезкой (рис. 73), трещиноватостью пород и увлажнением дисперсного заполнителя трещин, а также с землетрясениями и чрезмерными нагрузками на бровку склона.

Рис. 73. Обвал

Рис. 74. Подпруживание реки, вызванное обвалом

При крупных обвалах в горах масса обломков устремляется вниз по склону, дробится на мелкие части и по пути увлекает за собой элювиальный и делювиальный материал. Эта огромная масса обломков у подошвы гор разрушает и засыпает здания, дороги и нередко подпруживает реки (рис. 74).

Обвалы наиболее часто возникают в периоды затяжных дождей, таяния снега и льда. Это существенно утяжеляет массивы пород, оказывает давление на них, вода снижает прочность структурных связей пород.

Объём обрушающихся масс пород бывает различным – от отдельных глыб до десятков тысяч кубических метров. Так, в своё время обвалы перекрыли реки и образовали озера – Рица (Абхазия) и Сарезское (Таджикистан). Сарезское озеро появилось после землетрясения в 1911 году, имеет длину 75 км, ширину до 1,5 км и глубину в 262 м.

Разновидностью обвалов являются вывалы, представляющие собой отрыв и свободное падение отдельных небольших глыб, камней с отвесных склонов скальных грунтов. Вывалы также могут возникать в откосах строительных выработок, при разработке карьеров и строительстве дорог в горах, которые выполняются в скальных породах.

Борьба с обвалами. При инженерно – геологических изысканиях ведут подробное изучение склонов по всей их высоте, устанавливают их геолого–литологическое строение, изучают трещиноватость и выветрелость пород, определяют устойчивость склонов и т.д. К сожалению, определить в какой момент возникнет обвал, не представляется возможным, но всегда надо устанавливать участки, которые подвержены такой опасности. Инженерно-геологические работы в районах, где распространены скальные обвалы, выполняются в объёме, достаточном для обоснования оптимального расположения, защитных и укрепительных мероприятий. Составляется инженерно-геологическая карта с указанием мест, где требуются противообвальные сооружения. К карте даются геолого-литологические разрезы опасных участков и прогнозы по развитию обвальных явлений.

Для борьбы с небольшими обвалами строят подпорные и улавливающие стенки (рис. 70 и рис. 71), рвы, отводят поверхностные воды. Для борьбы с вывалами - на склон анкерят проволочные сетки.

За опасными склонами устанавливается постоянное наблюдение. В горах склоны из скальных пород подпирают железобетонными стенами и столбами, трещины цементируют и скрепляют скобами, при возможности производят искусственное обрушение пород на отдельных участках. При холмистом рельефе используют те же меры предупреждения обвалов. При выполнении строительных выработок не следует перегружать и подрезать склоны, а нужно их выполаживать и облицовывать, устраивать нагорные канавы для отвода поверхностных вод.

16.4. Оползневые процессы.

Под оползнями принято понимать медленные или быстрые перемещения глинистых грунтов на склонах рельефа, происходящие под действием сил гравитации (и обычно при участии поверхностных и подземных вод) при наличии поверхности скольжения.

Оползневые процессы на земной поверхности имеют широкое распространение, как в горных районах, так и на равнинах. Оползни являются одним из самых опасных геологических явлений наряду с извержениями вулканов и землетрясениями. Они представляют опасность не только отдельным строительным объектам, но и целым населённым пунктам (рис. 75), приводят к гибели людей.

Рис. 75. Оползень катастрофического характера

В результате подрезки склона горы в Таджикистане в 1964 г произошёл оползень объёмом 20 млн. м³, который перекрыл р. Зеравшан. Возникла запруда длиной 850 м, шириной 650 м и высотой 150 м. Жертв и разрушений не было. В 1974 г произошёл оползень в Перу. Объём оползня составил 2,8 млрд. м³, общий ущерб населению составил около 1 млрд. долларов.

Во многих районах мира оползни себя проявляют ежегодно, как, например, на берегах Чёрного моря в Краснодарском крае, в речных долинах рек (Волги, Дона и др.). В результате техногенной деятельности человека проявляются новые оползни. Так на автотрассе Алушта-Никита (Крым) при строительстве дороги возникло 20 новых оползней, 5 старых оползней активизировали свою деятельность.

Элементы оползней. В каждом оползне следует выделять следующие элементы (рис. 76): 1) бровка срыва, где произошёл отрыв оползневого тела от основной массы пород склона, 2) поверхность скольжения, 3) оползневое тело, 4) оползневые террасы (уступы), 5) вал выпучивания, разбитый трещинами, 6) подошва (язык) оползня – место выхода поверхности скольжения, 7) положение поверхности склона до оползня. Все эти элементы необходимо знать, для того чтобы целенаправленно выбирать способы борьбы с оползнями. Важнейшим при этом является установление в толще пород места и характера поверхности скольжения.

Рис. 76. Схематическое изображение оползня

Глубина залегания поверхности скольжения в целом характеризует глубину залегания и общий объём оползневого тела. Оползни бывают: 1) поверхностные (оплывы) – глубина залегания оползневого тела до 1 м, 2) мелкие – до 5 м, 3) глубокие – до 20 м, 4) очень глубокие – более 20 м. Эти показатели также играют свою роль при выборе противооползневых мероприятий. Скорость движения оползневых тел очень разная, но в целом её можно разделить на два вида: 1) медленная, мм/год или см/год и 2) катастрофическая, когда оползневое тело соскальзывает в один приём. Это самое разрушительное движение и остановить его уже не представляется возможным.

При инженерно-геологических изысканиях производится осмотр всех склонов. По ряду внешних признаков, можно ориентировочно установить в каком состоянии они находятся. Склоны с оползневыми подвижками имеют следующие признаки: 1) на участке бровки видна серия концентрических трещин; 2) поверхность склона бугристая; 3) у подошвы склона расположены валы горных пород; 4) деревья и столбы имеют наклоны; 5) покрытия дорог разбиты трещинами и сами земляные полотна могут быть со смещениями. В процессе изыскательских работ определяется устойчивость склонов (или степень устойчивости) по соотношению сил, стремящихся столкнуть массу пород вниз по склону, и сил, которые сопротивляются этому сталкиванию (рис. 77).

Рис. 77. Устойчивость склонов и силы на них действующие

Устойчивость склона выражается уравнением:

, где Т – сдвигающая составляющая веса массива пород, N – нормальная составляющая веса, F – поверхность скольжения оползневого тела, С – сцепление частиц породы, tgφ – коэффициент внутреннего трения.

Степень устойчивости склона, определяется коэффициентом:

Числитель отражает сумму сил, которые сопротивляются возникновению оползня, в знаменателе – сталкивающие силы. Сопротивление оползанию оказывают сцепление и внутреннее трение пород. При К_уст>1 – склон находится в устойчивом состоянии, при К_уст = 1 – в определенном равновесии и К_уст<1 – происходит сползание, т.е. на склоне действует оползень.

Борьба с оползневыми процессами в строительстве осуществляется постоянно. Для того чтобы осуществить какое-либо мероприятие против оползневых процессов, необходимо точно знать, почему этот процесс начал развиваться.

Причины, которые порождают оползни, можно свести в три группы:

1. Процессы, изменяющие внешнюю форму и высоту склонов – изменение уровней рек, разрушающая работа волн и текучих вод, подрезка склонов при строительных работах.

2. Процессы, ухудшающие свойства пород склонов – выветривание, увлажнение поверхностными, подземными и хозяйственными водами, суффозия.

3. Процессы, создающие дополнительное давление на склоны (особенно на верхнюю часть и бровку) – гидродинамическое давление воды при фильтрации подземных вод, гидростатическое давления воды в трещинах и порах пород, сейсмические явления.

Меры борьбы разделяются на пассивные и активные.

Пассивная борьба включает мероприятия профилактического характера. Они применяются, как предупредительные, например, запрещающие такие действия как: -подрезка и перегрузка склонов, -сброс поверхностных вод непосредственно на склоны, -разработка склонов горными выработками. Запрещающие мероприятия должны обеспечивать устойчивость склонов на будущее или делать склон более устойчивым, если в нем возникли небольшие подвижки.

Активная борьба необходима, когда склоны находятся в состоянии предельного равновесия или уже содержат оползневые тела. В таких случаях требуются мероприятия, которые позволяют придать склонам устойчивость. Активные меры борьбы – это фактически инженерная защита склонов. В их число входят четыре группы мероприятий: 1) борьба с процессами, вызывающими оползание; 2) удержание сползающих земляных масс; 3) увеличение сопротивления пород сдвигающему усилию; 4) съём оползневых масс до поверхности устойчивых пород.

К первой группе относят мероприятия, направленные на нейтрализацию действия различных вод – морских, речных, поверхностных, подземных. Это устройство нагорных канав и дренажей (откосных и подземных) и др.

К мероприятиям второй группы относятся подпорные стенки сваи-шпонки, контрбанкеты. Основание подпорных стенок должно быть заглублено ниже поверхности скольжения. За этими стенками делается дренаж, так чтобы за ними не скапливалась вода. Сваи-шпонки – это железобетонные столбы, которыми протыкают оползневое тело и пришпиливают к неподвижной части склона. Широко применяются контрбанкеты в виде пригрузки подошвы склонов массой земли. Это удерживает оползневое тело. Эти мероприятия можно считать аварийными.

К третьей группе мероприятий относятся способы закрепления пород цементацией, силикатизацией и т.д. Эти способы используются редко.

Четвёртая группа мероприятий (съём оползневых масс) также используется довольно редко. Хотя это способ самый эффективный, но он дорогостоящий и трудоёмкий.

Следует отметить, что бороться с оползнями, целесообразно не одним каким-либо способом, а использовать комплекс мероприятий с одновременным их выполнением. Практика эксплуатации сооружений показывает, что борьба с оползнями отдельными мероприятиями не даёт гарантии на успех. Оползневые процессы – это опасное геологическое явление и поэтому требует значительного объёма инженерно-геологических изыскательских работ. При изысканиях устанавливается площадь, тип оползня и мощность оползневого тела, характер поверхности скольжения. Все это отражается на инженерно-геологической карте масштаба не мельче 1:2000 и геолого-литологических разрезах. На базе этих данных назначаются эффективные противооползневые мероприятия.

Глава 17. Геологические процессы в области вечной мерзлоты.

17.1. Общие сведения о криолитозоне.

На обширных территориях Севера и Северо-Востока России на площади около 11 млн. км², что отвечает 64% территории страны, располагаются толщи вечномёрзлых (многомелетнемёрзлых) горных пород. Такие же вечномёрзлые толщи имеют место на севере Канады, Аляске, Антарктиде, в высокогорных районах и т.д. В целом области вечной мерзлоты на суше Земли занимают почти 26% площади.

Вечная мерзлота (криолитозона) сформировалась 10-15 тысяч лет назад, в период последнего сильного похолодания климата на Земле, что привело к оледенению её поверхности в ряде регионов (ледниковый период). На сегодня имеются другие точки зрения. Ряд ученых считает, что мерзлые толщи в криолитозоне, т.е. в области вечной мерзлоты, являются наследием климата, существовавшего сотни тысяч лет назад. Возраст мёрзлых толщ в Якутии до недавнего времени считали 40-50 тысяч лет. Исследования показали, что в Якутии мёрзлые толщи полностью не оттаивали последние 300 тысяч лет, а возраст мёрзлых толщ на Аляске и в Канаде оценивается в 1-1,5 млн. лет.

Криолитозона в России имеет свои особенности, как по площади распространения, так и по вертикальному строению. От берегов Арктики в южном направлении область вечной мерзлоты разделяется на три зоны: I) сплошную, II) с таликами и III) островную (рис. 78).

Рис. 78. Зоны вечной мерзлоты

Сплошная мерзлота занимает территорию крайнего севера у берегов Арктики. Мощность мерзлотных толщ достигает сотни метров, и температура держится на уровне минус 7-12оС Зона с таликами располагается южнее сплошной зоны. Мощности её мёрзлых толщ составляют 20-60 м, температура минус 0,2-2оС. В этой зоне имеют место участки с талыми породами, которые называют таликами. Образование таликов связывают с циркуляцией в мёрзлых толщах подземных вод.

Южная оконечность криолитозоны представляет собой островную вечную мерзлоту, в этой зоне среди талых пород в виде отдельных участков расположены мёрзлые породы с мощностью в 10-30 м и температурой от 0 до минус 0,3^оС.

Вечномёрзлые толщи по вертикали разделяются на две части: 1)деятельные слои (д) и 2) собственно мерзлые толщи (м).

Деятельный слой – это верхняя часть вечной мерзлоты, которая в летний период оттаивает и замерзает зимой, т.е. это в определённой мере сезонная мерзлота.

Мощность этого слоя зависит от климата и литологического состава грунтов и колеблется от 0,5-0,8 до 4 м. на севере мощность минимальная, на юге – наибольшая. В одном и том же месте в торфе или глине мощность слоя может быть около 1 м, в то время как в песках и гравии, имеющих открытые поры, 2-4 м. Следует отметить, что мощность деятельных слоёв определяется не глубиной максимального промерзания, а глубиной максимального протаивания.

Приведём некоторые примеры по мощностям деятельных слоёв в разных по климатам районах. Так глубина сезонного протаивания на побережье Северного Ледовитого океана в песчаных породах составляет 1,4-2,2 м, а в глинистых – 0,8-1,2 м. В районах широты Северного полярного круга (гг. Воркута, Игарка, Верхоянск, Уэлен) глубина оттаивания в песках достигает 2-3 м, а в глинах 1,2-2 м. У южной границы криолитозоны пески протаивают на 3-3.2 м, а глины – на 2-2,8 м. Заторфованные породы оттаивают на глубину в 2-2,5 раза меньшую, чем глинистые и в 3-4 раза меньшую, чем песчаные.

Деятельные слои бывают 2-х видов (см. рис. 78): 1) сливающиеся, характерные для северных районов (IV) и 2) несливающиеся (V). В первом случае деятельный слой в зимнее время полностью промерзает и сливается с вечной мерзлотой, на которой он лежит. При несливающемся деятельном слое между ним и вечномёрзлой толщей остаётся слой не замёрзшей породы. Это бывает связано с тёплой зимой либо с характером пород деятельного слоя.

Бывают случаи, когда в какой-то год летом оттаивает не весь деятельный слой. В его нижней части остаются замёрзшие породы. Такие случаи называют перелетками. Это временное явление и через 3-5 лет деятельный слой может полностью оттаять.

Для решения строительных задач важно знать мощность и вид деятельного слоя, которые определяют: 1) при инженерно–геологических изысканиях, 2) по многолетним (более 10 лет) наблюдениям за данным районом и 3) расчётным способом с учётом теплового влияния будущего сооружения. Строительство и эксплуатация во многом зависит от характера деятельного слоя – мощности, физических и физико-механических характеристик грунтов. С этим слоем связаны земляные работы, и негативные процессы, приводящие к деформациям насыпей.

Вечномёрзлые толщи, залегающие под деятельными слоями, по своему геологическому строению бывают двух основных видов: 1) в виде непрерывного сплошного массива мёрзлых пород и 2) слоистого строения, где чередуются мёрзлые слои со слоями (прослоями, линзами и т.д.) талых пород (или льда).

В вечномёрзлых толщах присутствуют все виды горных пород, однако наибольший интерес для проектировщиков и строителей представляют дисперсные породы (супеси, суглинки, глины, пески и т.д.). В них всегда содержатся включения чистых льдов различной формы и размеров. Это пропластки, линзы, пласты. Последние иногда имеют большую мощность и типичны местностям с наиболее суровым климатом, например, в Арктике, где известны острова, состоящие из таких льдов, сверху перекрытых земляными наносами с растительностью. В настоящее время такие острова сильно размываются и подтаивают. Так, например, в середине ХХ века исчез остров Семеновский, который состоял из такого ископаемого льда, перекрытого песчано-глинистыми наносами.

Особо следует отметить, что фиксирующиеся в настоящее время признаки глобального потепления климата, предвещают деградацию многолетней мерзлоты на больших территориях. По расчётам специалистов РАН возможно смещение южной границы распространения вечной мерзлоты в Западной Сибири к концу 21-го века на 500-700 км на север, а в отдельных районах и того больше. В результате этого можно ожидать тепловую осадку мёрзлых пород в северных регионах до 10 м и существенное перемещение береговой линии северных морей вглубь континента. Это уже сейчас заставляет продумывать изменение стратегии освоения минеральных ресурсов обширных регионов и, следовательно, стратегического планирования.

Подземные воды. В криолитозоне содержатся следующие виды подземных вод: 1) надмерзлотные, 2) межмерзлотные и 3) подмерзлотные. Надмерзлотные располагаются в деятельном слое и представляют собой, как правило, безнапорные грунтовые воды, водоупором для которых служит собственно вечная мерзлота. Межмерзлотные и подмерзлотные виды – это межпластовые воды. Межмерзлотные воды находятся в самой мёрзлой толще, а подмерзлотные под ней. Эти виды воды взаимосвязаны, чаще всего напорные и находятся в постоянном движении, что обуславливает наличие в мёрзлых толщах талых слоёв.

17.2. Криогенные процессы и явления.

Для криолитозоны характерны криогенные процессы, которые оказывают прямое и негативное воздействие на сооружения. Наиболее опасными процессами являются морозное пучение, бугры пучения, наледи, термопросадка, и солифлюкция, термоэрозия.

Морозное пучение возникает при промерзании связных грунтов деятельного слоя, в котором образуются кристаллы, линзы и прослойки льда, увеличивающие объём грунтов, примерно, на 9%, что в конечном итоге приводит к подъёму поверхности земли.

Пучение проявляется в зимнее время на ограниченных участках. Высота подъёма поверхности земли составляет от нескольких сантиметров до первых десятков сантиметров. В весенне-летнее время лёд оттаивает, и на местах пучений образуются ямы.

Морозное пучение проявляется в тех местах, где деятельные слои соложены пылеватыми суглинками, содержащими большое количество воды. В тех случаях, когда деятельные слои состоят из песков и крупнообломочных пород пучение не возникает.

При строительстве необходимо принимать меры по предотвращению проявления морозного пучения. Для этого при сооружении насыпей не допускается использование пылеватых грунтов, предусматривается сооружение дренажных устройств для отвода из деятельных слоёв надмерзлотных вод.

Бугры пучения образуются в результате давления на замерзший деятельный слой межмерзлотных напорных вод.

Деятельный слой начинает взбугриваться. Процесс взбугривания может продолжаться несколько лет. В итоге на поверхности земли образуются широкие (десятки метров) бугры – булгунняхи (рис. 79). Высота бугров может быть несколько метров, даже иногда более 10 м. По истечении ряда лет рост такого бугра прекращается и он разрушается. На месте разрушенных бугров образуются заполненные водой западины, и даже небольшие озёрца.

Рис. 79. Булгуннях

Наледи. Под таким названием понимают ледяные тела, являющиеся результатом замерзания подземных или речных вод, которые в зимнее время излились на поверхность земли.

Иногда наледи образуются в процессе хозяйственной деятельности человека.

Наледи, образовавшиеся за счёт подземных вод на суше, называют грунтовыми, а в долинах рек – речными наледями.

Грунтовые наледи. Надмерзлотные воды в зимнее время замерзают и в том или ином месте разрывают деятельные слои. Вода выливается на поверхность земли, где замерзает, создавая ледяные тела (наледи).

Форма и мощность грунтовых наледей бывают различными. Они могут покрывать участки земли или иметь вид ледяных потоков. В Сибири, например, отмечен уникальный случай образования такого покрова. Наледь занимала площадь в 20 кв. км при мощности слоя льда в 4-5 м.

Грунтовые наледи, образующиеся в природных зонах, заливают дороги, закрывают отверстия водопропускных сооружений. Все это создает значительные трудности в эксплуатации дорог.

Следует заметить, что развитию процессов образования наледей способствует вырубка лесов и кустарников у дорог, уничтожение мшаников и почвенных покровов. При проектировании в криолитозоне важное значение имеет прогноз образования грунтовых наледей. Долгосрочные прогнозы на образование наледей составляются на основе опыта эксплуатации за ряд лет на данной территории. При строительстве в криолитозоне обязательно предусматриваются мероприятия по борьбе с грунтовыми наледями. Борьба трудоёмкая, разнообразная и зависит от того, какие это наледи по времени образовании – сезонные или многолетние, постоянно образующиеся на данных участках.

Сезонные грунтовые наледи проявляются в зимнее время достаточно неожиданно и их относят к аварийным случаям. Борьба с ними осуществляется довольно пассивными способами: производится скалывание льда с поверхности дорог, отводят воду канавами, если она продолжает поступать из земли, производят взрывные работы по удалению льда и т.д.

К активным мероприятиям относят работы в период их строительства: поднимают бровки земляного полотна; увеличивают высоту насыпей; в отдельных случаях, места, где постоянно проявляются наледи, обходят; увеличивают отверстия мостов; создают дренажи для оттока надмерзлотных вод, что предупреждает появление наледей; отсыпают земляные валы для прикрытия дорог от потоков воды и т.д. Все активные мероприятия носят характер капитальных работ и применение тех или иных способов зависит от местных условий (геологического строения вечной мерзлоты, рельефа местности и т.д.)

Речные наледи возникают в результате прорыва воды из подо льда реки.

Вода разливается на поверхности льда и замерзает. Прорывы воды связаны с утолщением зимой льда реки и возникающими при этом напряжениями. Этот процесс выхода на поверхность льда реки воды в течение зимы может повторяться, что приводит к образованию многослойных наледей.

По времени существования речные наледи, так же, как и грунтовые, бывают сезонные (однолетние) и многолетние. Замёрзшие реки Сибири в зимнее время превращаются в транспортные артерии и становятся крайне необходимым путями сообщения. Однако возникновение в руслах рек наледей серьёзно нарушает движение и делает эти ледяные дороги опасными.

Солифлюкция – это движение оттаявших глинистых пород на склонах рельефа, которые обогреваются солнцем в летнее время.

Наиболее часто это происходит при уклонах более 10 град. в пылевато-глинистых грунтах, т.к. они более насыщены водой. Движение грунтов происходит по-разному: 1) медленное оползание, 2) пластично-вязкое течение и 3) жидкое течение. Солифлюкция может захватывать большие участки склонов, но глубина сползающих грунтов редко превышает 0,5 м. Солифлюкция имеет существенное развитие в горных районах Крайнего Севера.

Рис. 80. Блок-диаграмма. Мерзлотно-морфологические образования:

а – нагорные террасы, б и в – курум, переходящий в «каменную реку», г – солифлюкционные (натёчные) террасы, д – солифлюкционный вал, е – ячеистые формы, ж – трещинные морозные полигоны, з – полигональные грунты.

Термопросадка (термокарст) – это вытаивание по какой-либо причине слоёв подземного льда в вечномёрзлой толще.

При этом на участке термопросадок могут возникать провалы поверхности земли. Достаточно часто воронкообразные провалы заполняются водой с образованием озер. В частности, они очень широко развиты на севере Западной Сибири.

Термоэрозия– комплексный процесс размыва дисперсных мёрзлых и оттаивающих пород под воздействием временных водных потоков с образованием рытвин, промоин и оврагов.

Этот процесс активно протекает в период весеннего снеготаяния в зоне развития многолетней мерзлоты, но свойственен также и районам с сезонным промерзанием.

Механизм термоэрозии определяется не только механической энергией водного потока и сопротивляемостью горных пород размыву, а, прежде всего, тепловым воздействием движущейся воды на дисперсные породы. При этом разрушаются криогенные (ледяные) связи между минеральными частицами. Другие же связи, присущие породам в талом состоянии, не успевают сформироваться (восстановиться). Движущаяся вода разрушает породы даже при очень малых уклонах местности.

В результате даже на пологих склонах, поверхность которых обычно нарушена во время строительства, образуются рытвины и промоины, которые со временем разрастаются и тем самым сильно затрудняют нормальную эксплуатацию этих сооружений.

17.3. Принципы роектирования и строительства в криолитозоне.

Строительство в зоне вечной мерзлоты – очень сложная задача, осуществляемая по специальным нормам и правилам. Негативное влияние процессов и явлений на все сооружения в этой зоне, как уже было сказано выше, обусловлено, прежде всего, оттаиванием и промерзанием горных пород. В связи с этим конструкции следует назначать на основе теплотехнических расчётов, с учётом температурного режима грунтов, их физико-механических свойств, динамики уровня залегания верхнего слоя многолетней мерзлоты.

Проектирование проводят, руководствуясь одним из следующих принципов: 1) с сохранением мёрзлого состояния грунтов; 2) с допущением оттаивания грунта деятельного слоя; 3) с предварительным оттаиванием вечномёрзлых грунтов и осушением.

По первому принципу проектируются сооружения на участках низкотемпературных мёрзлых грунтов. Второй принцип обычно применяют в качестве основного из конкурирующих вариантов проектирования по технико-экономическим показателям. Третий принцип можно (и следует) использовать на участках залегания высокотемпературной мерзлоты островного распространения, когда возможно заблаговременное оттаивание вечномерзлых грунтов и осушение.

Земляные работы в вечной мерзлоте приходится проводить как в скальных грунтах. Часто используются взрывные работы, производится оттаивание мерзлоты. Наиболее неблагоприятными для строительства являются болотистые и моховые тундровые равнины (мари), где мёрзлая толща с включениями чистого льда лежит на небольшой глубине. На марях под насыпями нередко происходит таяние льда и дорога деформируется. В высоких насыпях, уложенных на мёрзлый грунт, может сформироваться ледяное ядро, по которому в тёплое время года начинают сползать откосы насыпей. Трудными являются также и термопросадочные участки.

Глава 18. Просадочные процессы в лессовом покрове Земли.

Глава 18. Просадочные процессы в лессовом покрове Земли.