Инженерно-геологическая оценка просадочности лессов, факторы и развитие деформаций, формы рельефа, меры предупреждения просадочного процесса.

Просадочный процесс – реализация в пространственно-временной системе просадочных свойств лёссовых пород под действием их собственного веса или дополнительной нагрузки при увеличении их влажности до значений, превышающих влажность начальной просадочности, вследствие природных и техногенных причин.

К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевают вертикальную деформацию (просадку) и имеют относительную деформацию просадки εsl  0,01.

К просадочным относятся лессовые породы и пепловые туфы.

Распространены в континентальных засушливых областях, в сухих степях и полупустынях.

Инженерно-геологическое значение изучения просадочных явлений

Промышленно-городское строительство – подъём уровня грунтовых вод и просадка;

Ирригационное строительство – утечки из каналов, размыв берегов и просадочные явления;

Дорожное строительство;

Переработка лессовых берегов водохранилищ.

Показатели просадочности

К основным показателям, количественно характеризующим просадочность грунтов, относятся:

коэффициент относительной просадочности (относительная просадочность),

начальное просадочное давление и

начальная просадочная влажность.

К этой же категории показателей относят суммарную просадку толщи лёссовых пород и мощность просадочной толщи.

Коэффициент относительной просадочности – показатель, учитывающий вертикальную компоненту изменения объёма грунтов при просадке:

εsl=Δhsl/ho,

где Δhsl – просадка образца грунта в результате замачивания; ho – высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении.

При εsl0,01грунты относят к просадочным.

Величина начального давления просадочности представляет собой минимальное давление, при котором в условиях полного водонасыщения проявляется просадка.

За величину начального просадочного давления по результатам компрессионных испытаний принимают давление, при котором относительная просадочность равна 0,01.

Начальная просадочная влажность лёссовых пород представляет собой влажность, при которой просадочные грунты, находящиеся под давлением собственного веса или дополнительного давления сооружения, начинают проявлять просадку.

Это минимальное значение влажности, при котором под действующим давлением формируется относительная просадочность, равная 0,01.

Мощность (величина) просадочной толщи лёссовых пород представляет собой величину той части их разреза в метрах, в пределах которой проявляются просадочные свойства лёссовых пород при действующей нагрузке. Численное значение этой величины зависит от величины нагрузки и достигает наибольших значений (до 35-40 м и более) при действии собственного веса пород и дополнительной нагрузки.

Суммарная, или полная, просадка толщи лёссовых пород (Ssl) — максимальная величина просадки, которая формируется при реализации просадочных свойств при замачивании под действием собственного веса пород и дополнительной нагрузки от сооружения. Величина этого показателя изменяется в широком диапазоне и может достигать 2-3 м.

Гидродинамические схемы обводнения массивов лессовых пород

При местном замачивании сверху при условии, что мощность просадочной толщи больше ширины источника замачивания, в массиве лёссовых пород образуется увлажненная его часть, имеющая в поперечном сечении форму, близкую к усеченному эллипсу.

Когда ширина источника замачивания больше или равна мощности просадочной толщи лёссовых пород интенсивное замачивание сверху массивов лёссовых пород приводит к формированию увлажненной зоны трапециевидной формы.

Развитие просадки протекает быстро в первый период и затем замедляется. Просадка в этот период формируется в течение 1-3 месяцев. Полное затухание просадки массива лёссовых пород даже при интенсивном непрерывном замачивании сверху наступает через 1-3 года.

Просадочные формы рельефа

В результате просадочной деформации массива лёссовых пород на его поверхности появляются неровности, часто имеющие в природных условиях овальную форму и называемые «степными блюдцами». Среди них различают: малые – диаметром 3-30 м при глубине 0,5-1,5 м и крупные – диаметром более 30 м при глубине 1,5-5 м. Иногда вокруг блюдцеобразных понижений формируются концентрические трещины шириной по поверхности массива около 20 см и глубиной не более 4-5 м.

Более крупные отрицательные линейно ориентированные формы рельефа на поверхности массивов лёссовых пород получили названия «поды» и «долы». Они могут иметь длину до 400 м и более. Бессточные формы.

Методика инженерно-геологического изучения просадочных процессов

При выполнении инженерно-геологических работ в районах, сложенных просадочными грунтами, должны быть установлены:

– площадные особенности распространения лёссовых пород;

– относительная просадочность лёссовых пород от собственного веса и нагрузки от фундамента для всех литологически различных слоев и с интервалом 1-2 м в однородных по составу слоях;

– величина начального просадочного давления с интервалом 1-2 м по глубине и для каждого литологически различного слоя просадочной толщи;

– величина начальной просадочной влажности для всех различных по составу пород слоев в случаях отсутствия замачивания просадочных грунтов;

– мощность толщи просадочных лёссовых пород;

– тип грунтовых условий исследуемых площадок по просадочности; возможные величины просадок толщ лёссовых пород от их собственного веса и нагрузок;

– модули деформации грунтов в пределах сжимаемой зоны при природной или установившейся влажности и в водонасыщенном состоянии;

– прочностные характеристики (удельное сцепление и угол внутреннего трения) просадочных грунтов природного сложения, а также уплотненных до различной степени плотности.

Для получения названных характеристик лёссовых пород и сложенных ими массивов необходим широкий комплекс методов:

· инженерно-геологическая съемка и маршрутные исследования;

· проходка горных выработок – шурфов, дудок, скважин;

· отбор по определенной методике образцов для последующего изучения состава, строения, состояния и свойств лёссовых пород;

· лабораторное изучение этих образцов;

· опытно-полевое изучение просадочности лёссовых пород;

· статистическую обработку полученных данных и получение нормативных и расчетных показателей для каждого выделенного в массиве лёссовых пород инженерно-геологического элемента.

Меры предупреждения просадочного процесса

· Предотвращение утечек.

· Предварительное замачивание.

· Мелиорация: уплотнение трамбованием, цементация, обжиг, создание техногенного массива.

· Свайные фундаменты

64. Заболачивание, типы заболачивания, техногенныефакторы заболачивания, мероприятия по борьбе с заболачиванием.

Заболачиванием (Marsh forming) называется процесс образования болота на переувлажненных участках земной поверхности вследствие затрудненного стока, подъема уровня подземных вод или изменения режима испарения (БСЭ, 1973).

Болото (Bog; Fen; Marsh; Mire; Muskeg) – избыточно увлажнённый участок земной поверхности, постоянно или большую часть года насыщенный водой и покрытый специфической болотной растительностью. Накапливающиеся в верхних горизонтах мертвые неразложившиеся растительные остатки со временем превращаются в торф, который на болотах имеет мощность не менее 30 см.

Заболоченными территориями или заболоченными землями называются избыточно увлажнённые земельные площади, на которых в течение большей части года наблюдается избыток влаги, скапливающейся на поверхности, в почве или подпочвенных горизонтах, покрытые влаголюбивой растительностью, но не имеющие торфа или покрытые слоем торфа менее 30 см.

На формирование заболачиваний и болот влияет литологический состав грунтов, залегающий непосредственно под почвой. Наличие слабопроницаемых грунтов (суглинков, глин) затрудняет или даже исключает инфильтрацию дождевых и талых вод, ведет к их застою и образованию заболоченностей.

Если под почвой залегают пески, то заболоченности или болота могут формироваться на участках близкого положения уровня грунтовых вод и отсутствия дренирования.

Типы заболачивания суши, зависящие от жесткости или мягкости воды.

Жестководное заболачивание наблюдается в понижениях рельефа с близким к поверхности водоупорным горизонтом. Выклинивающиеся минерализованные грунтовые воды создают постоянные переувлажнение, а это способствует росту растений низинных болот и отложению торфа. Расположены в низких местах.

При мягководном заболачивании избыток влаги создаётся потому, что количество атмосферных осадков превышает испарение, и тогда образуются переходные или верховые болота. Расположены на водоразделах.

В природе обычны сочетания обоих типов заболачивания. Начинается заболачивание с жестководного типа и по мере роста болота вверх и выхода его деятельного слоя из сферы влияния грунтовых вод развивается дальше по типу мягководного заболачивания.

Влияние человека на развитие заболачивания

В условиях хозяйственной деятельности человека заболачивание происходит активно на нарушенных территориях – городских площадях, на орошаемых землях, участках прилежащих к водохранилищам, в результате и сплошной рубки леса в районах с избыточным увлажнением.

К основным техногенным факторам заболачивания относятся:

а) искусственное изменение гидрогеологических условий местности, приводящее к развитию подпора грунтовых вод, подтоплению и устойчивому обводнению пород;

б) неправильная планировка рельефа, нарушение при этом естественного поверхностного стока и дренажа;

в) создание водонепроницаемых оснований, задерживающих дренаж инфильтрующихся вод;

г) неправильное строительство инженерных сооружений (дорожных насыпей, дамб и т.п.), нарушающих естественный поверхностный сток;

д) строительство гидроузлов;

е) в зоне тундры и многолетнемерзлых пород – нарушение естественного растительного покрова и тепло-влагообеспеченности грунтов сезонно-талого слоя.

Борьба с заболачиванием

Для борьбы с заболачиванием в инженерно-геологических целях применяют различные мероприятия, а также специальные конструктивные схемы строительства на заболоченных территориях:

а) осушение болот путем создания систем дренажа территорий;

б) создание насыпей под сооружения;

в) создание песчаных или специальных дрен (заполненные дрены);

г) замораживание;

д) применение свайных оснований.

Осушительные системы

Осушение территории производится при помощи закладки осушительной системы, состоящей из следующих элементов:

1. Регулирующая сеть осушителей: дрены, каналы, ложбины, предназначенные для понижения уровня грунтовых вод или ускорения стока поверхностных вод и их отвода за пределы осушаемой площади.

2. Проводящая сеть, закрытые или открытые коллекторы, выполняет водопроводную функцию, она принимает воду из регулирующей сети осушителей и транспортирует её в магистральный канал.

3. Магистральный канал – открытый канал, принимающий воду из коллекторов, он впадает в водоприёмник на самотёчной системе осушения.

4. Водоприёмник - естественный водоток (ручей, река) или водоём (озеро), сухой тальвег или овраг, в которые впадает магистральный канал и сбрасывает всю избыточную воду с осушаемой площади.

5. Оградительная сеть – предназначена для защиты осушаемой территории от поступления избыточных поверхностных (склоновых или русловых) и грунтовых вод. Дамбы обвалования.