Подземные воды в районах многолетней мерзлоты

Галичника.

Кроме особенности в самой слоистости залегания и нарушения слоистости, к особенно-

стям надо отнести высокую пористость для ила 70-80 % для песков 30-40 %.

Особенность глинистых пород.

В сухом состоянии глинистые породы прочные и выдерживают большие нагрузки

больше чем от зданий и сооружений; при увлажнении глинистые породы размокают,

теряют связность под нагрузкой выдавливаются из-под фундамента, кроме того при

увлажнении грунтовые грунты разбухают следовательно увеличивается в объеме и

при разбухании развиваются огромные давления в чистых монтморелонитовых глинах

давление развивается до 4 кг/см2, а от зданий 2 кг/см2 – фундаменты начнут подыматься

и деформироваться, трескаться, трещины пойдут по стенам. Глинистые грунты из оса –

дочных самые коварные для зданий и сооружений.

Метаморфические горные породы.

Образовались либо из магматических либо из осадочных пород путем превращений под

действием высоких температур и давлений. Минеральный состав метаморфических по –

род соответствует составу той породы, из которой она образовалась, но при этом меняет-

ся структура породы, например гнейсы – из гранитов – они сложены кварцем, полевыми

шпатами, слюдой и роговой обманкой. Только в гранитах эти минералы расположены

вперемежку.

Мрамор – из известняков, кварцит основной минерал и при действии 10%-ной соляной

кислоты мраморы и известняки растворяются. Мраморы более плотные, ярко выражен –

ная кристаллизация.

Кварциты – из песчаников в отличие от песчаников очень плотные, очень твердые –

твердость 9, ярко окрашенные с выраженной кристаллизацией.

Сланцы – сланцеватое строение, слоистое, очень плотные, при действии нагрузки

перпендикулярно плоскостям сланцеватости прочность очень высокая. Сланцы называ-

ются по названию той породы, из которой образованы – глин истые, тальк охлоритовые

сланцы.

Строительные свойства метаморфических пород – с точки зрения прочности они абсо-

лютно надежные при условии если нагрузки на них действуют перпендикулярно плос-

костям сланцеватости. Опасность возникает в случае если нагрузки действуют парал –

лельно плоскостям, что приводит к сползанию слоев.

Возраст горных пород

На картах и разрезах обязательно показывается возраст горных пород на картах отража-

ется цветом, а на разрезах в виде индекса например aQIII где а – вид отложений (алю –

виальное отложение), Q – возраст, III – возраст.

Породы одного возраста характеризуется примерно одинаковыми строительными свой-

ствами. Различают абсолютный и относительный возраст. Абсолютный возраст пока-

зывает сколько лет прошло от начала образования породы, определяется радиоактивным

методом по количеству элементов в породе образующихся при разложении радиоактив –

ных элементов. По содержанию свинца в породе определяется возраст в миллионах лет,

а по содержанию углерода – в тысячах лет. Относительный возраст показывает возраст

пород относительно друг друга старше-моложе. Применяются для определения относи –

тельного возраста стратиграфический метод и полиантологический метод.

Стратиграфический метод - при ненарушенном залегании горных пород вышележа –

щий слой моложе чем нижележащий слой. При полиантологическом методе - история

растительного и живого мира и используются данные об останках животных, отложен –

ных в горных породах.

Возраст горных пород Q – четвертичный период 1,5 – 2 млн лет

K – меловой период

Y – юрский период

T – триасовый период

P – пермский период

C – каменноугольный период

D – девонский период

S – селурийский период

ε – кембрийский период 1,5 млн лет.

Процессы внутренней динамики Земли –

протекают под действием внутренних или тектонических сил – эндогенные процессы

внутренней динамики Земли – вулканизм, движение земной коры и горообразование,

землетрясение.

Вулканизм – процесс поднятия и извержения огненно жидких масс в определенных

местах земной поверхности.

Вулканы – геологические образования в виде гор и возвышений конусовидной овальной

и другой формы, возникающих в местах прорыва магмы на земную поверхность. Состоят

из кратера, вулканической горы и жерла вулкана.

Движение земной коры и горообразование

Земля имеет участки разной подвижности. Принято считать, что относительно непод –

вижными является платформа - огромные массивы, занимающие большие пространства

(русская, австралийская, североафриканская платформы). Фундамент платформ образо –

ванн магматическими и метаморфическими породами или складчатыми осадочными по-

родами. На фундаменте располагаются породы осадочного происхождения в относи –

тельно горизонтальном положении.

Между платформами находятся подвижные сочленения – геосинклинали.

Геосинклинали – в начальной стадии своего развития представляют морские бассейны,

дно которых испытывает постоянные прогибания. Постепенно в морские бассейны сно –

сится обломочный материал в них накапливаются километровые толщи осадков и в ко –

нечном итоге образуются сочленения – Японское море. После завершения образования

геосинклиналей наблюдается горизонтальное или почти горизонтальное залегание гор-

ных пород, однако с течением времени под действием внутренних тектонических сил

это первоначальное залегание горных пород нарушается. Нарушение первоначальных

форм горных пород называется дислокациями. Различают складчатые дислокации,

которые образуются без разрыва сплошности слоев, т. е. как был слой так и остался, но

форма его нарушилась; и разрывные дислокации, образование которых сопровожда-

ется разрывом сплошности слоев и смещением разорванных частей относительно друг

друга. К неразрывным дислокациям относится моноклиналь, флексура, антиклиналь, синклиналь. К разрывным – сброс (прямой, косой), взброс (прямой, косой), грабен, горст-форма.

Сдвиг возникает при смещении толщ пород. Надвиг – смещение толщ пород по сравни-

тельно наклонной плоскости следовательно молодые отложения сверху оказываются

перекрытыми более древними отложениями.

При строительстве на площадках с тектоническими нарушениями наиболее благоприят-

ные участки для строительства вдали от линии разрыва – нитевидные и их невидно поч –

ти. В районе Курска подъем суши идет 3,6 мм в год, а в районе Москвы и Санкт-Питер-

бурга опускаются со скоростью 3,6 мм в год.

Подъем суши усиливает эрозию, а опускание способствует накоплению осадочных

толщ (пород) и заболачиванию.

Землетрясение – сотрясение земной коры под действием разных причин и различают

землетрясения вулканические (где вулканы), провальные землетрясения в результате

провала пород, залегающих над пустотами, тектонические землетрясения под действи-

ем тектонических сил.

Очаг (гипоцентр) – участок внутри земной коры, где накапливается сейсмическая энер-

гия и происходит разрыв пород, вызвавший землетрясение.

Эпицентр – проекция очага на поверхность земли.

Землетрясения по 12-балльной шкале определяются сейсмографами, каждому баллу

соответствует величина сейсмического ускорения. Вся территория России разбита на

участки или районы по величине балльности землетрясения.

Лучшим основанием под фундамент являются жесткие участки, сложенные песчаниками

и известняками. Для повышения устойчивости повышают качество материала.

Процессы внешней динамики Земли

протекают под действием внешних сил (эгзогенные) – 1) выветривание; 2)геологическая

деятельность ветра (эоловые); 3)геологическая деятельность текучих вод (безрусловых

потоков) от таяния снега и выпадение дождей (русловых рек); 4) геологическая деятель-

ность льда и ледников; 5) геологическая деятельность морей и озер; 6) геологическая

деятельность водохранилищ.

Выветривание – процесс изменения разрушения горных пород под действием разных

факторов (воздуха, воды, льда) физическое химическое и биологическое.

Основные факторы: физическое воздействие – температура, вода и кристаллизация ми –

нералов следовательно разрушение, дробление, измельчение, химический состав не ме-

няется.

Химическое воздействие – основные – химический состав меняется, основные факторы

вода, кислород, углекислый газ и кислоты, происходит в результате протекания процесс-

сов: окисления-восстановления, гидролиза, гидратации, дегидратации.

Биологическое воздействие – под действием микроорганизмов, растений и землероев,

протекают сложные физико-химические процессы. Образуется кора выветривания.

Продукты выветривания, остающиеся на месте образования называются элювий.

Борьба с выветриванием

При выборе основания для зданий и сооружений кору выветривания прорезают фунда-

ментом до невыветренных пород; если же кора выветривания мощная и фундаментом

ее пройти невозможно полностью, то выветренные грунты улучшают, для этого приме-

няют:1. покрытие пород непроницаемыми для агентов выветривания материалами

(гудроном, бетоном). Глина и суглинок и водонепроницаемые покрытия защищают от

колебаний температуры. Для улучшения свойств грунтов применяют методы пропитки

грунтов (жидким стеклом, цементным гудроном). В редких случаях применяют очень

дорогой, но эффективный метод – метод нейтрализации. Суть: фильтрующую воду на –

сыщают солями, которые она растворяет в данных горных породах и тогда ее способ –

ность растворять будет потеряна. Для нейтрализации действия подземных вод снижают

уровень грунтовых вод методом дренажа.

Геологическая деятельность ветра (эоловые процессы)

Сдувание, развевание, выдувание частиц горных пород – дифляция вытачивание поверх-

ности пород и появление на ней штрихов, борозд, желобов называется коррозия. В ре-

зультате образуются эоловые отложения (барханы – песчаные холмы по берегам морей

и озер дюны).

Для борьбы с ветровой эрозией делают щиты (лесополосы).

Геологическая деятельность текучих вод (от таяния снега и больших дождей)

Поверхностные воды разрушают горные породы, переносят разрушенный материал

(транспортируют и накапливают его) Процесс размыва поверхностными водами горных

пород – эрозия. В случае, когда дождевые и талые воды распределяются равномерно по

поверхности склона имеют место плоскостной сток и плоскостная эрозия. Если плоскос-

тной сток разбивается на отдельные струи, то имеет место струйчатая эрозия. В некото-

рых местах склонов образуются промоины, сначала они неглубокие и не широкие, но со

временем могут превратиться в овраги. Вершина оврага довольно быстро перемещается

вверх по склону в сторону водораздела. Овраг удлиняется, углубляется и становится ши-

ре. Горизонтальная поверхность, от которой начался размыв и ниже которой разрушение

не может происходить называется базисом эрозии. Базисом эрозии оврага является по- верхность земли в его устье или уровень воды в водоеме, в который падает водосток ов-

рага.

Когда ширина больше глубины оврага – овраг называют балкой.

Геологическая деятельность рек (русловых потоков)

Река совершает размывающую и аккумулятивную работу, разрушающиеся берега и дно

реки и обломки оседают. Намывной материал, отлагаемый реками называется аллювий.

В процессе своей деятельности на поверхности земли реки вырабатывают речные доли –

ны – углубление в земной поверхности, в котором протекает река. Со временем за счет

эрозии река углубляет свою долину, и вырабатывает определенные профили равновесия,

положение профиля равновесия определяется базисом эрозии. Базисом эрозии реки яв- ляется уровень воды в бассейне, куда впадает река, озеро, море. Долина имеет опреде –

ленное строение и имеет следующие элементы: дно долины, тальвег, русло и пойма.

Дно долины – низшая часть долины, заключенная между подошвами склонов.

Тальвег – условная линия, соединяющая самые глубокие точки дна долины.

Пойма – часть речной долины, заливаемая водой в период паводка при сильном таянии

снега и выпадении дождей.

Русло – часть долины, занятая водой.

Террасы в речных долинах – различные уступы в долинах рек, они бывают поперечные

и продольные. Поперечные террасы – поперек долины и порождают пороги и водопа –

ды. Продольные террасы – вдоль склонов долин в виде горизонтальных или почти го-

ризонтальных площадок и продольные террасы называют надпойменными – когда-то

были поймой. По слагаемому их материалу они подразделяются на: эрозионные, цоколь-

ные и аккумулятивные.

Эрозионные террасы вымываются водой в коренных породах.

Цокольные террасы перекрыты маломощным слоем аллювия – коренные породы и на

них аллювиальные отложения.

Аккумулятивные террасы полностью сложены аллювием (для равнинных рек). Самые

надежные для строительства – эрозионные. Коренные породы – хорошо сложенные в

плотном состоянии.

Аккумулятивные террасы подразделяются на вложенные и наложенные террасы. При

вложенном – аллювий размылся; при наложенном – происходит накладка нового русла

на неразмытый аллювий.

В речных долинах на террасах строят речные вокзалы, элеваторы и другие портовые

сооружения. Древний пойменный аллювий является хорошим основанием для сооруже-

ний. Эти отложения могут быть в виде суглинков и глины твердой консистенции. Русло-

вые отложения в долинах крупных рек тоже является хорошим основанием для зданий

и сооружений.

Многослойные толщи аллювия с наличием линз и пропластов требуют дополнительного

исследования в направлении, чем конкретно сложены эти включения и пропласты: если

пески и гравий, следовательно, хорошее основание, если глина, то ее изучают – залегание и т. д. Плохим основанием являются иловатые старичные отложения, при строительстве на таких породах применяют песчаные подушки между подошвой фундамента и иловатым грунтом, или применяют свайные фундаменты с тем, чтобы пройти слабый грунт полностью.

Борьба с эрозией рек (разрушение берегов)

С боковой эрозией рек борются укреплением берегов и регулированием течения реки,

для укрепления берегов проводят устройство набережных, либо используют подпорные

стенки, укладку железобетонных плит и наброску бутового камня (струенаправляющие).

Геологическая деятельность моря

Площадь морей и океанов в 2,4 раза больше площади суши, поэтому влияние большое

на состояние земной поверхности. Вода осуществляет разрушительную работу и эта раз-

рушительная работа называется абразия, она связана с волнами, течениями, приливами

и отливами. Наибольшую разрушительную работу оказывают волны. Абразия зависит

от многих факторов: от конфигурации берегов, от силы и направления ветра. Быстрее

всего разрушаются берега, сложенные рыхлыми осадочными породами (песками) и бе –

рега, сложенные породами с пологим углом падения от моря, а меньше всего разруша –

ются берега с пологим углом падения в сторону моря.

В процессе своей деятельности море может отступать и приступать. Наступление моря –

трансгрессия, отступление моря – регрессия. В результате абразии на берегах морей

образуются террасы, которые могут быть коррозионными и аккумулятивными.

В результате действия тектонических сил террасы могут быть выше пляжа (поднятие

берега) или под водой (наступление моря и опускание берега).

Пляж – часть берега, перекрываемая максимальной волной или приливом. Древние

морские отложения на суше принято называть коренными породами – абсолютно на-

дежные для строительства зданий и сооружений. Наличие пирита – вредных примесей

необходимо проконтролировать и растворимость солей.

Слабые основания – илы; в виде песка и гравия – надежные отложения.

Методы защиты берега от разрушения.

Строят специальные защитные сооружения:

1) волноотбойные стенки – сооружения вертикального типа, располагаемые вдоль бе-

рега и для лучшего отбрасывания волны в сторону моря наружным граням этих стен

придают криволинейную форму.

2) буны – поперечные железобетонные стены, устраиваемые перпендикулярно или под

углом к линии берега. Волны теряют скорость, соответственно сила удара резко сниже-

на, переносимые обломки и частицы откладываются между бун.

3) волноломы – устанавливают параллельно береговой линии на расстоянии 30-40 м от

берега и на глубине 3-4 м.

Геологическая деятельность озер

Аналогична деятельности моря, только за счет объема меньше чем в морских бассейнах

и меньшей волны разрушение меньше. Для озер есть специфические отложения, которые

называются сапропель – студнеобразные массы, при высыхании твердеет и не размока-

ет в воде, но при твердении возникают усадочные трещины. В студнеобразном состоя –

нии сапропель выдавливается из-под фундамента.

Болота

Болота – избыточно увлажненные участки на земной поверхности:

1) низинные болота (питаются грунтовыми водами)

2) верховые болота (питаются дождевыми осадками и талыми водами)

3) переходные болота (смешенное питание)

Низинные болота образуются заторфовыванием водоемов, а верховые – заболачиванием

суши там, где есть водоупоры.

Характерный вид отложений – торф, образуется за счет скапливания растительных остат-

ков – тростник, осока на дне водоема и превращения этих остатков без доступа кисло –

рода. Особенность торфа – большая уплотняемость под нагрузкой и его горение.

Болота – отрицательный фактор для строительства.

При строительных работах нужно установить происхождение болот, провести осушение,

установить рельеф дна болота (уклон в какой степени – при уклонах - происходит спол-

зание фундамента нужно прорезать торф до устойчивых грунтов).

· по глубине болота бывают:

1) мелкие – до 2 м

2) средние - 2-4 м

3) глубокие - более 4 м.

Ледник.

Ледник – естественные скопления кристаллического льда значительных размеров и не –

определенной формы. Л. срезает все неровности, выпахивает глубокие ложбины, остав-

ляя за собой котловины и борозды. Экзарация – вспахивающая деятельность ледника.

Виды ледниковых отложений:

1) моренные. Морена – материал, находящийся в движении или уже отложился на месте

окончания ледника.

2) флювиаглициальные (водно-ледниковые). Образуются по следующей схеме:

1-ледник

2-направление

3-конечная морена

4,5,6 –флювиаглициальные отложения (4-крупные обломки, 5-пески, 6-глина).

При своем движении Л. отступает или наступает.

Характерные формы флювиаглициальных отложений:

1) Озы – накопления отложений (гравия и песка) в виде высоких и узких валов, длина их

от 100 м до нескольких десятков километров, а высота от 5 до 50 м.

2) Камы – беспорядочно разбросанные холмы из слоистых рассортированных песков, су-

песей и суглинков.

3) Зандровые поля – широкие пологоволнистые равнины, располагаются за краем конеч-

ной морены и сложены слоистыми песками и гравием.

В целом, ледниковые отложения являются хорошими надежными основаниями, (-) св-ва

тоже существуют – случайные вкрапления отдельных валунов, что может привести к не-

равномерной осадке здания и деформации. Иногда эти валуны принимают за скальные

основания или грунты для чего проводят дополнительное зондирование грунтов.

Основы гидрогеологии. Виды воды в грунтах.

Гидрогеология – наука о подземных водах их происхождении, условиях залегания, зако-

нах движения, физико-химических свойствах.

Вода в грунтах бывает:

1) в связанном состоянии

2) в свободном состоянии.

1. а) физически связанная – удерживается силами молекулярного притяжения, удаляется вода при нагревании при температуре 100-105° максимальная температура 110°, хими - ческий состав грунтов не меняется.

б) химически связанная – входит в состав кристаллической решетки минерала. Удаляет-

ся при температурах выше, чем 110°, при этом исходный минерал разрушается следова-

тельно химический состав и свойства меняются (глина удаление во-

ды при температуре 118°).

Завышение влажности приводит к снижению допустимых нагрузок на глинистые породы

при оценке их в качестве оснований фундаментов (влажность занижена значит нагрузки

завышены или наоборот).

2. а) капиллярная вода – в порах грунта движется снизу – вверх и на тем большую высо-

ту, чем меньше диаметр пор. Вода в капиллярах при более низкой температуре при диа –

метре 1-6 мм замерзание при температуре 6°, при диаметре 0,06 мм – замерзание при

температуре -19°, вода может подниматься на высоту до 4 м. В зоне капиллярного под –

нятия в подземных и цокольных помещениях появляется сырость. Для борьбы с капил –

лярным поднятием устраивают гидроизоляцию, используют методы снижения уровня

воды (методом дренажа).

б) гравитационная вода – перемещается под действием сил тяжести по порам в зоне на –

сыщения и это перемещение воды называется фильтрацией и перемещается вода сверху

вниз или в насыщенных грунтах вода перемещается под действием разности напоров

уже в любом направлении от большого давления к меньшему.

Вода грунтам придает следующие свойства:

Влажность грунта – содержание в порах того или иного количества воды, удаляемого

при нагревании не выше 110°.

Влагоемкость - способность грунта вмещать и удерживать в себе воду за счет пор и

особенностей состава грунтов:

· весьма влагоемкие (торф, глина, суглинки)

· слабо влагоемкие (мергель, мел, рыхлый песчаник)

· невлагоемкие (галечник, гравий, и песок).

Водоотдача – способность породы, насыщенной водой, отдавать гравитационную воду

в виде свободного стока. Галечник, гравий, песок – хорошо отдают воду, самая низкая

водоотдача у глины равная 0.

Водопроницаемость – способность грунтов пропускать воду:

· непроницаемые – водоупоры, коэффициент фильтрации меньше 0,001 м/сутки

· слабо проницаемые (лёс и суглинки) коэффициент фильтрации 0,001-1 м/сутки

· проницаемые – коэффициент фильтрации больше 1 м/сутки (пески, галечники).

Классификация подземных вод:

Зона аэрации – в ней происходит обмен между воздухом пор грунта и воздухом атмос –

феры.

Верховодка образуется в зоне аэрации над случайным водоупором.

Особенности верховодки: имеет временный характер в этом ее опасность.

Грунтовые воды – подземные воды первого от поверхности земли постоянно существую-

щего водоносного горизонта, расположенного на первом выдержанном водоупорном

слое. Грунтовые воды сверху водоупором не перекрываются, т. е. имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом грунтовой воды.

В разрезе зеркало – уровень (1), водоупор (2) на котором лежит водоносный слой – водо-

упорное ложе, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод – мощность водо –

Носного слоя.

В целом зеркало грунтовых вод отражает рельеф земной поверхности. Грунтовые воды

являются ненапорными (безнапорными). Однако если в уровне зеркало залегает линза

глины, то появляется местный напор.

Для применения и выполнения строительных работ очень важно знать направление дви-

жения грунтовых вод, скорость движения грунтовых вод, т. е. режим грунтовых вод. Для

суждения направления грунтовых вод определяют по карте гидроизогипс.

Гидроизогипса – линия, соединяющая одинаковые отметки уровня грунтовых вод.

Межпластовые подземные воды

1-водоупоры

2-водоносный слой

3-пьезометрический уровень

4-высота напора воды

5-область питания

6-область разгрузки

Вода между водоупорами.

Межпластовые воды редко бывают ненапорными в основном они напорные – артезиан –

ские. Связаны эти воды с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моно –

клиналей. Отдельные части водоносных слоев залегают на разных высотных отметках

и за счет этого создается напор. Область питания таких слоев находится там, где водо –

носные слои выходят на поверхность и имеют самые высокие отметки. Область разгруз-

ки находится в местах с низкими отметками (6) долины крупных рек, озер. Прямая ли –

ния, соединяющая уровень питания напорных вод с уровнем выхода называется линией

пьезометрического уровня, а высота от водоносного слоя до пьезометрического уров –

ня (4) называется высотой напора воды. Если пьезометрический уровень находится

выше поверхности земли, то вода, выходя через буровую скважину фонтанирует, т. е.

образуется источник.

Карстовые воды

Карстовые воды – подземные воды, приуроченные к карстовым пустотам, образуются

в известняках, доломитах и гипсах, каменной соли. Воды могут находится в подвижном/

неподвижном состоянии. Такие воды осложняют строительные работы, но являются по-

лезными для снабжения питьевой водой.

Подземные воды в районах многолетней мерзлоты.

Зона многолетней мерзлоты (креалитовая зона) – зона, в которой грунты постоянно или длительное время (в течение многих лет) находятся в мерзлом состоянии 47% на ЗММ.

В этой зоне выделяют следующие виды воды:

1) подмерзлотные – заключены в породах, залегающих под слоем многолетней мерзлоты.

Как правило, эти воды имеют выдержанное распространение и используются для про –

мышленного и питьевого водоснабжения.

2) межмерзлотные – приурочены к таликам – острова оттаявшей породы среди замерз –

шей.

3) надмерзлотные – развиты в деятельном слое, которые летом оттаивают, а зимой замер-

зают.