Мосин К.Ю. Инженерная геология. Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
131
Толкающие (детрузивные) оползни возникают в верхней части
склона в результате образования трещин откола или нагрузки на склон.
Оторвавшийся массив движется вниз и толкает впереди себя породы,
расположенные ниже по склону. Подошва оползня и нижняя часть
поверхности скольжения располагается ниже подошвы склона.
Впереди подошвы оползня образуется вал выпирания высотой 10м и
более.
Рис. 7.9. Поверхности скольжения
а – деляпсивного и б – детрузивного оползней
В отличие от обвала, который возникает внезапно и происходит
очень быстро, движение горных масс в виде оползня является
относительно медленных процессом.
Оползневой процесс можно разделить на три стадии:
I стадия – подготовительная. Различные геологические процессы
и деятельность человека постепенно снижают устойчивость склона,
однако, склон пока не приходит в движение.
II стадия – смещение горных масс. В процессе смещения
оползающая часть может перемещаться и в вертикальном и в
горизонтальном направлении. Подвижки бывают неравномерными по
времени, с перерывами (периодами покоя).
III стадия – затухание движения и стабилизация. Сдвинувшиеся
массы приобретают новое устойчивое положение. В дальнейшем они
могут испытать новое движение или стабилизироваться.
Существуют следующие причины нарушения устойчивости
склонов:
тектонические процессы. В результате действия
тектонических процессов нарушается структура склона, образуются
трещины, по которым может происходить смещение (оползание);
условия залегания горных пород на склонах. При
напластовании, слоистости пород, согласной склону, может
132
происходить смещение по поверхности напластования (рис.7.10а), либо
по слабому прослою (рис.7.10в);
процессы выветривания, коррозии, дефляции. Данные
процессы превращают скальные породы склона в нескальные (менее
прочные), нарушают связь выветрелой массы с материнской породой;
деятельность поверхностных вод. Воды рек, морей, озер
(водохранилищ) подмывают подошву склона, что приводит к потере
его устойчивости;
Рис. 7.10. Падение слоев пород согласно склону.
деятельность подземных вод. Приводит к растворению,
выносу частиц приподошвенного слоя горных пород; насыщение водой
глинистого подошвенного слоя или глинистых грунтов, слагающих
склон, приводит к изменению консистенции глинистых грунтов (они
приобретают пластичную или текучую консистенцию);
инженерная деятельность людей. К результатам этой
деятельности относятся создание искусственных склонов или откосов,
изменение гидрогеологических условий местности (осушение или,
наоборот, создание искусственных водохранилищ), строительство
сооружений на склонах.
133
§ 2. Меры предупреждения и борьба с оползнями
Противооползневые мероприятия подразделяют на две группы –
активные и пассивные.
Пассивные мероприятия (предупредительные, охранные):
- запрещение подрезки оползневых склонов;
- запрещение постройки на склонах;
- запрещение взрывных и горных работ вблизи оползневых
участков;
- сохранение древесно-кустарниковой и травяной
растительности;
- воспрещение полива земельных участков (иногда – их
распашки);
- ограничение скорости движения поездов вблизи склонов.
Активные мероприятия:
- устройство берегоукрепительных и струенаправляющих
сооружений (дамбы);
- перехват поверхностных вод (нагорные канавы, оградительные
валы);
- устройство защитных берм;
- укрепление склона железобетонными шпильками (см. рис.
7.12);
- устройство контрбанкетов (см. рис.7.11, 7.13);
- устройство подпорных стенок см. рис. 7.14);
- съем оползневых масс до устойчивых пород.
Рис. 7.11. Укрепление склона путем выполаживания откоса и устройства
контрбанкета.
134
Рис. 7.12. Укрепление детрузивных оползней а) железобетонными шпильками;
б) отсыпкой контрбанкетов.
Рис. 7.13. Устройство фильтрующего контрбанкета у склона
с возможным образованием деляпсивного оползня.
Рис. 7.14. Противооползневая подпорная стенка: 1 – оставшаяся часть
оползня; 2 – коренные породы.
135
Глава 6. Процессы и явления, связанные с
промерзанием и оттаиванием грунтов
Мерзлыми называются породы, имеющие отрицательную
температуру и содержащие включения льда. Породы, не содержащие
льда, но, также, с отрицательной температурой, называются
морозными.
Различают сезонномерзлые породы, промерзающие в зимний
период, и многолетнемерзлые – так называемая вечная мерзлота.
Глубина зимнего промерзания (для сезонномерзлых пород)
зависит от температуры воздуха, продолжительности зимнего периода
и теплопроводности породы. Теплопроводность породы определяется
ее пористостью и влажностью.
Верхний слой земли, испытывающий сезонное промерзание и
оттаивание, называется деятельным слоем. Мощность деятельного
слоя для разных районов и различных пород неодинакова.
При замерзании горных пород происходит уменьшение их
объема с образованием морозобойных трещин. Вода, проникающая в
эти трещины и также замерзающая (известно, что вода, замерзшая при
0°С, увеличивается в объеме на 9%), расширяет и углубляет трещины.
Это процесс морозного выветривания.
Подземные (грунтовые) воды при замерзании грунта с
поверхности оказываются в сжатом состоянии, испытывают большое
гидростатическое давление и прорываются в сторону наименьшего
сопротивления – в котлованы, дорожные выемки, к поверхности земли.
Выделяют следующие явления, связанные с промерзанием и
оттаиванием:
1. Наледи образуются при выходе воды на поверхность, что
связано с гидростатическим давлением при ее замерзании. Наледи
возникают за счет поверхностных и подземных вод. Нередко
образуются рядом с сооружениями, дорогами и могут их
деформировать.
Борьба с наледями осуществляется следующими методами:
- отвод поверхностных вод;
- перехват и снижение уровня подземных вод;
- создание мерзлотных поясов;
- снегозадержание.
2. Пучинами называют местные поднятия поверхности зимой и
размягчения весной. Особенно характерны для автомобильных и
136
железных дорог, а также – зданий и сооружений, опирающихся на
деятельный слой. Возникновение пучин возможно при наличии двух
условий: промерзания слоя грунта (дорожного полотна) и подтока к
нему воды.
Борьба с пучинами, соответственно, заключается в отводе воды
от промерзающего слоя и недопущении промерзания этого слоя (т.е.
устройство теплоизолирующих слоев).
3. Явление течения почв (солифлюкция) заключается в
разжижении почвы весной за счет таяния мерзлотного льда и
перемещении ее вниз по склону (иногда – по очень пологому,
крутизной 3-5°).
4. Явление термокарста характерно для вечномерзлых пород и
заключается в нарушении сплошности поверхности, образовании
провалов в результате таяния погребенного льда. При этом образуются
пустоты (за счет таяния льда), а с поверхности – воронки, заполненные
водой (термокарстовые озера).
5. Морозное выветривание описано выше и связано с
изменением состава и свойств пород в результате колебаний
температуры.
Глава 7. Просадочные явления
Просадочные явления характерны для лессов. Лесс – осадочная
горная порода. Типичный лесс представляет собой мягкий пылеватый
суглинок, обладающий очень большой пористостью
(макропористостью).
Происхождение лессов еще недостаточно выяснено. По одной
гипотезе (эоловой) лессы образуются путем переноса ветром
пылеватых и глинистых частиц из пустынь; по другой (водно-
ледниковой) – частицы перенесены потоками талых ледниковых вод;
по третьей (элювиальной) – лессы образуются в результате
преобразования глинистых пород в условиях сухого климата.
Если образец какого-либо грунта испытывает некоторое
давление (нагрузку), то его общий объем и объем пор уменьшается, а
объем скелета остается неизменным. Если затем, не снимая нагрузки,
залить образец водой, то непросадочная порода останется неизменной,
а просадочная – даст резкое уменьшение объема (и коэффициента
пористости). Это происходит за счет уничтожения макропор – пор
большого размера. Кроме того, в лессовых грунтах часто наблюдаются
еще и послепросадочные деформации, если замачивание не
прекращается (например, при строительстве каналов). Развитие
137
послепросадочных деформаций связано с наличием в лессах медленно
растворимых солей.
При строительстве на лессах проводят ряд мероприятий по
защите от просадок:
- уплотнение тяжелыми трамбовками;
- химическое или термическое закрепление;
- прорезка просадочной толщи и опирание сооружения на другие
породы;
- предохранение основания от замачивания.
Глава 8. Процессы и явления, возникающие в грунтах
под сооружениями
Сооружения оказывают сложное воздействие на горные породы,
слагающие его естественное основание, часто значительно изменяя их.
Это воздействие обусловлено давлением от веса сооружения,
действием на сооружение горизонтальных сил (давление ветра на
сооружение, воды – на плотину, грунта – на подпорную стенку),
динамическими нагрузками (механизмы, транспорт). Также, иногда,
изменение свойств пород основания связано с изменением их
теплового режима, а также – режима подземных вод.
Можно выделить два процесса изменения пород основания под
воздействием давления от веса сооружения:
1. Сжатие пород основания. Под воздействием веса
сооружения породы основания могу сжиматься и вызвать осадку
сооружения. Равномерная осадка пород основания, как правило, не
опасна для сооружения (если ее абсолютное значение не очень велико).
Опасны для сооружения неравномерные осадки, когда фундамент
располагается на разных по составу и состоянию породах.
Неравномерная осадка неблагоприятна для сооружений, жестко
связанных во всех направлениях (кирпичные, железобетонные здания,
бетонные плотины), менее опасна для земляных плотин, дорожных
насыпей. Для определения величины осадки нужно знать
характеристики сопротивления сжатию пород основания. Очевидно,
что скальные породы гораздо лучше выдерживают нагрузку, по
сравнению с различными грунтами.
2. Выпирание пород из-под подошвы фундамента. Осадка
пород под тяжестью сооружения может возникать не только за счет их
сжатия, но и за счет сдвига. Особенно это характерно для сооружений,
138
испытывающих дополнительное боковое давление, например – для
плотин.
Под воздействием бокового давления возможно образование так
называемого «плоского сдвига» по породе основания или по какому-
либо слабому прослою в ней. «Плоский сдвиг» может происходить по
прослою пластичной глины толщиной не более 1 – 2см, по контакту
двух слоев породы, по трещине, заполненной глинистым материалом.
Если условий для плоского сдвига нет (в основании отсутствуют
слабые породы или прослои), может произойти «глубокий» сдвиг по
криволинейной поверхности. Для определения возможности сдвига
необходимо знать величину коэффициента трения и сцепление горной
породы (характеристики сопротивления сдвигу).
ЧАСТЬ VIII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
В каждом конкретном случае, в зависимости от вида
строительства и стадии проектирования, геологическое строение
территории застройки, гидрогеологические условия и инженерно-
геологические процессы изучаются с различных точек зрения и с
различной детальностью.
В общем случае задачами инженерно-геологических
исследований (изысканий) является:
1. Выявление геологических и гидрогеологических условий
строительства и эксплуатации проектируемого сооружения.
2. Выявление и прогноз опасных инженерно-геологических
явлений и оценка влияния этих явлений на проектируемое сооружение.
3. Получение данных для решения вопросов о возможных путях
борьбы с этими явлениями и для проектирования защитных
мероприятий.
4. Определение физико-механических характеристик грунтов
строительной площадки для проектирования и расчета сооружения.
Проектирование сооружения выполняется в несколько стадий,
соответственно каждой стадии проектирования выполняются
определенные виды инженерно-геологических исследований.
Глава 1. Стадии проектирования
139
Предпроектная проработка (стадия ТЭД, ТЭО) проводится
только на наиболее ответственных объектах, таких как Саяно-
Шушенская ГЭС. Основная цель – определение технической
возможности и экономической целесообразности строительства
данного объекта. Задача инженерно-геологических исследований – дать
анализ инженерно-геологических условий строительства при
различных вариантах расположения объекта. Источником этого анализа
служат архивные материалы предшествующих исследований и
литературные данные. Иногда для оценки инженерно-геологических
условий стройплощадок прибегают к их натурным обследованиям:
проводят инженерно-геологическую съемку и в узловых местах бурят
скважины или проходят шурфы с отбором образцов для лабораторных
анализов.
На стадии проектного задания производится выявление
наиболее оптимальных вариантов расположения и определяется тип
сооружения. Для плотин – это возможное размещение створов в
пределах выбранного района строительства и определение положения
створа, наиболее выгодного по напору воды, длине сооружения, его
типу и т.д.
В процессе инженерно-геологических исследований на данной
стадии должно быть определено общее геологическое строение и
гидрогеологические особенности строительных площадок. Для оценки
несущей способности грунтов основания должны быть получены
данные о возможности восприятия грунтами веса проектируемого
сооружения, а также данные для расчета ожидаемых осадок.
Гидрогеологические особенности и режим подземных вод уточняется
настолько, чтобы в принципе был решен вопрос об их влиянии на
сооружение.
Все развитые в пределах площадок инженерно-геологические
процессы и явления должны быть выявлены и оценены с точки зрения
их влияния на сооружение. Если необходимо проведение защитных
мероприятий, то должны быть собраны данные для их проектирования.
Для получения всех указанных данных проводят инженерно-
геологические изыскания, объем и состав которых зависит от типа
проектируемого сооружения и сложности инженерно-геологических
условий.
В инженерно-геологические изыскания входит инженерно-
геологическая съемка, в горных и сильнодислоцированных районах –
расшифровка их тектонической схемы (изучение тектоники района).
Наряду со съемкой производят разведочные работы: проходятся горные
140
выработки и скважины, а также производятся лабораторные
исследования грунтов.
На основании выполненных работ определяется окончательный
вариант места расположения и компоновки сооружения и условия его
эксплуатации.
Технический проект составляется по утвержденному в
проектном задании варианту строительства. Инженерно-геологические
исследования должны способствовать окончательному разрешению
всех технических вопросов строительства.
Методы инженерно-геологических изысканий те же, что и на
стадии проектного задания, но степень их детальности должна быть
значительно выше. Резко возрастает объем разведочных работ –
горных, буровых и опытных, лабораторных работ. Детальность
инженерно-геологических изысканий должна позволить составить к
каждому объекту строительства надежный инженерно-геологический
разрез с расчленением толщи грунтов по физико-механическим
свойствам.
На стадии рабочего проекта (рабочей документации) и в
период строительства необходимо получить данные, потребность в
которых возникает при разработке деталей сооружения, в процессе
вскрытия котлованов, при наблюдениях за осадкой сооружения в
процессе строительства, при наблюдениях за режимом подземных вод.
Здесь, в основном, производят специфические разведочные, опытные и
лабораторные инженерно-геологические исследования.
Описанная стадийность не всегда соблюдается. Например, для
плотин часто стадия технического проекта совмещается с рабочим
проектированием.
Глава 2. Методы инженерно-геологических
исследований
Инженерно-геологическая съемка заключается в визуальных и
инструментальных натурных исследованиях, измерении, описании и
нанесении на карту района работ всех природных и искусственных
факторов, определяющих инженерно-геологические условия. Помимо
изучения инженерно-геологических условий дается предварительная
оценка месторождений строительных материалов. Масштаб съемки
определяет ее детальность: при масштабе 1:100000 выполняется 1
точка наблюдений на 1км маршрута, а при масштабе 1:10000 – 10 точек
наблюдений. Среднемасштабные съемки (масштабов 1:200000,