суффозионные процессы и формы рельефа
Суффозионно-просадочные формы рельефа
На земной поверхности много неглубоких замкнутых понижений, напоминающих карстовые, но иного происхождения. Их часто называют псевдокарстовыми.
Суффозионные (лат. $и//о8з1о — подкап-ливание) западины образуются в результате механического выноса подземными водами мелких нерастворимых частиц грунта. Суффозию иногда называют подповерхностной эрозией. Карст и суффозия часто протекают совместно, образуя карстово-суффозионные формы рельефа: неглубокие воронки и блюдцеобразные западины.
Просадочные западины, как и суффози-онные, тоже возникают в пористых породах, чаще всего в лёссах, содержащих глинистые частицы, способные при замачивании менять свое микросложение, т. е. уплотняться. При высыхании происходит уменьшение объема породы и усадка грунта. Поскольку процессы суффозии и уплотнения грунта, ведущие к его просадке, нередко протекают совместно, возникающие при этом западины называют суф-фозионно-просадочными. По форме они часто напоминают блюдца, реже воронки. Блюдца — округлые неглубокие (около 1—2 м) понижения до нескольких десятков метров в диаметре, обычно с влаголюбивой растительностью (местные названия — «пади», «осиновые кусты», «колки»). Они могут встречаться на плоских междуречьях в огромном количестве, создавая так называемый оспенный рельеф. Суффозионно-просадочные западины характерны для лесостепной и степной зон Черноземного центра России и особенно Западной Сибири. Западины препятствуют своевременной весенней пахоте, так как в них дольше держится вода. В связи с этим сокращается вегетационный период выращиваемых сельскохозяйственных культур. Во влажные годы в них наблюдается вымокание посевов. На полях с западинами затруднен посев озимых зерновых культур, так как на повышениях, откуда сдувается снег, они вымерзают, а в западинах, где оказывается больше снега, они выпревают. Крупные западины с рощицами из ив, берез, осин опахиваются, в них формируются особые почвы (солоди).
Суффозионные процессы и их последствия как факторы риска в строительстве.
С увеличением темпов развития градостроительства, и как следствие, городской инфраструктуры, а также всевозможных подземных коммуникаций, увеличивается и техногенная нагрузка на застраиваемые территории. Поэтому, все чаще возникает необходимость оценки развития (возникновения, наступления) геологических процессов, связанных именно с техногенным воздействием.
По размерам суффозионные воронки достигают до 10, а иногда, и 100 м. Сам же процесс может протекать как на значительной глубине, так и вблизи поверхности. Глубинные суффозионные процессы, являются одной из причин образования подземных пещер, что в свою очередь ведет к проседанию всей вышележащей толщи грунтов и пород, а в условиях увеличения нагрузки на поверхность (при строительстве различных объектов) способно привести к провалу всей грунтовой толщи.
Суффозия – процесс выноса частиц грунта водами естественных подземных горизонтов, а также водами искусственных техногенных горизонтов. Данный процесс, на территориях застройки практически всегда развивается мгновенно и способен привести к природно-техногенным катастрофам разного масштаба, а также к значительным экономическим потерям.
Как правило, образованию суффозионных проявлений на жилых территориях способствует изменение гидродинамической обстановки в ходе проведения строительных мероприятий, а также вследствие утечек из городских коммуникаций. Также, зачастую этому процессу способствует изменения химического состава подземных вод, вследствие которого происходит растворение частиц грунта и их последующий вынос.
В настоящее время, при проектировании объектов промышленного и гражданского строительства принято выполнять оценку рисков, в том числе оценивают вероятность проявления опасных геологических процессов, а также техногенное влияние на территорию предполагаемого строительства и последствия, связанные с ним.
Известно, что такой процесс как суффозия может возникать только в определенных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Основополагающим фактором является наличие пород с определенным текстурно-структурным составом. Также важную роль, определяющую возможность возникновения данного явления, играют такие факторы, как фильтрационная способность пород, величина градиента напора (гидродинамическая сила потока), химический состав вод горизонта и скорость подземного потока, а также наличие области выноса.
В случае, если процесс суффозии носит природно-техногенные характер, то все чаще источниками утечек воды, являются объекты водоснабжения и канализации, для обратной засыпки которых, чаще всего используют неоднородные по гранулометрическому составу насыпные грунты, наиболее подверженные суффозионному разрушению. А при плохом их уплотнении процесс происходит быстрее. Например, в случае если коммуникации проходят под транспортными магистралями, то формирование полости невозможно заметить до момента разрушения асфальтового покрытия под нагрузкой от транспорта.
На территории строительства новых зданий, изменение режима потока ПВ, в большинстве случаев, происходит вследствие вскрытия грунтовой толщи при организации строительных выемок. Образовании искусственной полости выноса (котлована, траншеи и др.), и отлив воды через ее поверхность приводит к увеличению скорости потока, которое и влечет за собой свободный вынос частиц грунта в образовавшуюся полость.
Суффозия на сегодня является актуальной геотехнической проблемой, так как устранение ее последствий требует проведения технологически сложных и дорогостоящих работ. Поэтому оценка риска, с целью предотвращения возможности возникновения данного явления играет значительную роль при проектировании строительства.
Наиболее оптимальным вариантом является использование комплекса методов оценки.
Для выполнения расчетов и последующего прогнозирования необходимо учитывать информацию, полученную в ходе предварительного обследования участка строительства.
Как правило, оценивают:
Подпись
Для московского региона проведена оценка и последующее картирование опасных и потенциально опасных суффозионных районов, что изначально позволяет предварительно охарактеризовать район застройки по степени развития и активности процесса.
2. Гидрологические условия
Наличием естественных водотоков на территории строительства обусловлена гидрогеологическая обстановка участка строительства. Химический состав подземных вод.
3. Естественные горизонтов ПВ
Изучение гидрогеологических условий дает возможность определить максимально возможные значения напорных градиентов, скорости потоков, состав и фильтрационные особенности пород.
4. Текстурно-структурные особенности пород
Исследования водопроницаемости грунтов предполагают изучение свойств техногенных грунтов и грунтов естественного залегания зоне эксплуатации.
Сюда входит определения фильтрационных свойств грунтов, а также исследования грунтов на виброползучесть.
5. Техногенную нагрузку
Определяют количество коммуникаций на единицу площади и др. факторы, которыми может быть обусловлено развитие аварийной обстановки.
С учетом некоторых из вышеперечисленных факторов, в лабораторных условиях, выполняется физическое моделирование суффозионного процесса. Для данного моделирования используются специальные трехмерные установки, позволяющие воссоздать условия, характерные именно для исследуемой территории.
Однако, минусом данного метода, несомненно является невозможность учета всех исходных параметров из-за их многообразия. Непредсказуемость факторов техногенного происхождения и скорость их изменения особенно влияют на объективность данного прогнозного расчета.
По итогам прогнозной оценки, в зависимости от факторов, влияющих на суффозионный процесс, определяют методы его предотвращения, а также даются рекомендации, позволяющие контролировать его развития на территории застройки.
На сегодня, методы борьбы с суффозией заключаются в предотвращении движения воды через размываемый массив и включают в себя:
— Регулирование стока ПВ и организация дренажных систем
— Организация противофильтрационных завес и шпунтовых стенок
— Увеличение пути фильтрации и уменьшение скорости движения ПВ
— Искусственное изменение свойств пород путем изменения их состава (цементация, силикатизация), для снижения фильтрационных свойств
— Организация обратных фильтров.
Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Оползневой рельеф. Суффозионный рельеф. Карстовый рельеф.
Равнины — значительные по площади участки поверхности, характеризующиеся малыми различиями высот (в пределах 200 м). Наблюдатель, находящийся на равнине, видит всю линию горизонта, не скрывающуюся за неровностями рельефа.
По абсолютной высоте поверхности (по отношению к уровню моря) равнины делятся на отрицательные — лежащие ниже уровня моря (например, Прикаспийская), низменные — высотой до 200 м (например, Западно-Сибирская), возвышенные — от 200 до 500 м (например, Среднерусская) и нагорные — выше 500 м (например, равнины Тибета). Чем выше расположена равнина над уровнем моря, тем сильнее может быть ее расчленение.
По форме поверхности выделяют равнины горизонтальные, наклонные, вогнутые, выпуклые; по общему характеру рельефа — плоские, ступенчатые, волнистые.
Форма поверхности, характер ее рельефа определяются происхождением и историей развития равнины.
По происхождению равнины можно разделить на три типа: денудационные (остаточные), аккумулятивные (насыпные) и первичные. Выше мы касались вопроса образования денудационных равнин на месте гор, разрушенных экзогенными факторами (образование пенеплена). Такие равнины распространены, например, в Африке. К типу денудационных относятся также равнины, созданные разрушительной деятельностью моря — абразионные.
Аккумулятивные, или насыпные, равнины образуются путем выравнивания поверхности за счет, засыпания неровностей рыхлым материалом или заполнения их лавой. Этот тип объединяет равнины, возникшие в результате отложения наносов реками (аллювиальные), ледниками (моренные) и талыми водами ледника (флювиогляциальные), накопления их в озерах (озерные), а также в результате излияния на поверхность огромных масс преимущественно основных лав (вулканические плато).
Самые обширные по площади равнины — первичные — бывшие участки морского дна, ставшие впоследствии сушей. Они формируются при временном погружении платформенных областей под уровень неглубокого моря и поэтому сложены с поверхности горизонтальными или слабонарушенными слоями осадочных пород (чехлом), покрывающими более или менее выровненное складчатое основание. В рельефе таких равнин выделяются приподнятые участки основания, лишенные чехла (щиты).
Неотектонические колебательные движения создали в рельефе первичных равнин отдельные изолированные поднятия различной формы, например купола, валы, обусловили появление обширных плоских прогибов (синеклиз) и поднятий (антеклиз). Как правило, в рельефе первичных равнин антеклизам соответствуют возвышенности (например, Среднерусская и Приволжская), синеклизам — низменности (например, Прикаспийская, Окско-Донская).
Экзогенные факторы формируют на поверхности первичных равнин мезо- и микроформы скульптурного рельефа: при преобладающем воздействии одного или нескольких экзогенных факторов возникают целые морфологические комплексы.
Оползневый рельеф
Оползни — скользящее смещение масс горных пород по склону под действием силы тяжести (рис. 108). Так же называются и формы рельефа, возникшие в результате процесса сползания на склонах долин, оврагов, гор, на берегах озер и морей. Для оползней характерно сползание масс без их опрокидывания и сильного раздробления. Этим они отличаются от обвалов.
Скольжение масс породы происходит часто по поверхности водоупорного слоя (глина, слой многолетней мерзлоты). Поэтому склоны, сложенные слоями наклоненных водонепроницаемых и водоупорных пород, благоприятны для образования оползней. Смачивая поверхность водонепроницаемых пластов, вода уменьшает трение. Смещению породы вниз способствует также движение воды, стекающей по водоупорному слою.
Подземные воды пропитывают породы, слагающие склон, увеличивая их вес, и вызывают нарушение равновесия и скольжение их и без наклона пластов в сторону долины, а иногда даже при обратном их падении.
Оползни возникают при подмыве крутых склонов рекой или морем, при давлении на неустойчивый склон какого-либо сооружения. Благоприятствуют возникновению оползней искусственные и естественные сотрясения склонов (землетрясения, взрывы и другие причины).
В оползне слои часто имеют ненарушенное залегание, но несколько наклоняются в сторону, противоположную его движению. Нередко на поверхности оползня сохраняются деревья, росшие до его образования. При сползании они наклоняются в разные стороны и возникает так называемый «пьяный» лес.
В нижней части оползня, там, где грунтовые воды выходят на поверхность, разжиженные ими породы могут образовать грязевые языки.
Формы и размеры оползней разнообразны. Почти всегда оползни отделяются от склона по некоторой дугообразной линии, образующей полукольцо. Такие оползни называются циркообразными. От смещения оползня на склоне возникает амфитеатр. Ширина отдельных циркообразных оползней достигает сотен метров и даже нескольких километров (до 6,5 км). Глубина, на которую амфитеатр вдается в склон, по крайней мере в два раза меньше ширины.
При благоприятных условиях, когда оползневой процесс развивается очень быстро, отдельные циркообразные оползни сливаются и на склоне возникает терраса, наклоненная в сторону, противоположную движению оползня. Поверхность оползневой террасы неровная, более расчлененная, чем поверхность речных террас. В углублениях рельефа на оползневой террасе часто выходят ключи, возникают болота и даже небольшие озера. Оползневую террасу всегда можно отличить от террасы другого происхождения по строению, которое точно такое же, как у коренного берега, от которого оторвался оползень.
Одиночные оползни занимают площадь в несколько гектаров. Группы оползней могут захватывать площади до нескольких десятков квадратных километров. Оползневой рельеф типичен для побережья Азовского и Черного морей, правобережья среднего и нижнего течений Волги и вообще для правых крутых берегов рек южной части Русской равнины.
Так как оползни наносят большой ущерб народному хозяйству, с ними ведется борьба, заключающаяся главным образом в отводе поверхностных и грунтовых вод от мест, подверженных оползневым явлениям. Изучением оползней и борьбой с ними занимаются специальные оползневые станции.
Суффозионный рельеф
Процесс выноса грунтовыми водами мельчайших частиц породы и растворенных веществ называется суффозией. Суффозия приводит к просадке поверхности и появлению таких форм рельефа, как степные блюдца (поды), суффозионные овраги, воронки, провалы, поля просадки. Особо благоприятные условия возникновения просадочных форм существуют там, где в мощных толщах рыхлых отложений (особенно лёсса) при общем незначительном их увлажнении происходит вертикальная циркуляция вод.
Степные блюдца (поды) — пологие овальные понижения, часто возникающие в степных районах на поверхности лёссовых равнин. Дно степных блюдец опущено по сравнению с ненарушенным положением поверхности на 2—3, а иногда на 7 м, диаметр понижения редко бывает более 100 м.
Степные блюдца обычно приурочены к бессточным участкам лессовых равнин и к водоразделам. Возникают они чаще всего на месте первичных неровностей, в которых временно скапливается вода. Просачиваясь, вода, выносит мелкие частицы из рыхлых пород, делая их менее плотными, и создает условия для возникновения просадки. Степные блюдца типичны для лёссовых равнин Украины, Западно-Сибирской низменности и т. д.
Суффозионные воронки. Энергичный вынос частиц породы может привести к образованию пустот, а обвалы над пустотами создают воронки диаметром в несколько метров. Обычно такие воронки расположены группами. При дальнейшем выносе подземными водами пород на месте воронки образуется провал — впадина, ограниченная обрывами. Co временем провалы углубляются и расширяются. Сливаясь, суффозионные воронки и провалы могут образовать овраг. При большом скоплении воронок и провалов создается суффозионное поле — сравнительно пониженное пространство с очень сложным изрезанным рельефом.
В условиях сухого климата образование просадочного рельефа может быть вызвано искусственным орошением. Такой просадочный рельеф очень распространен в Средней Азии.
Карстовый рельеф
Карстом называются явления, возникающие в растворимых горных породах (известняк, доломит, гипс, реже соль, мел) под совокупным действием поверхностных и главным образом подземных вод. Явления карстообразования приводят к возникновению особых форм рельефа: карров, воронок, колодцёв, шахт, карстовых котловин, польев и др.
Условия образования карстовых форм: 1) наличие растворимых пород; 2) наличие трещин, делающих эти породы водопроницаемыми; 3) небольшой уклон поверхности, позволяющий воде не только стекать, но и просачиваться; 4) значительная мощность карстующихся пород; 5) их возвышенное положение или низкое положение уровня грунтовых вод, обеспечивающее вертикальную циркуляцию воды в породах; 6). достаточное, но не избыточное количество воды.
Когда карстующиеся породы находятся на поверхности, карст называют открытым (средиземноморским); если эти породы прикрыты другими «породами, некарстующимися, карст называется покрытым (среднеевропейским).
Карры (шратты) — глубокие борозды на обнаженной поверхности карстующихся пород, разделенные узкими, часто острыми гребнями. Расположены карры рядами, параллельными друг другу, или представляют сложные ветвящиеся лабиринты. Глубина карров колеблется от нескольких сантиметров до 2 м.
Образование этой формы карстового рельефа вызвано химическим и механическим воздействием воды дождей, тающего снега, моря (в полосе прибоя) на поверхность растворимых пород. Растворение протекает интенсивно в понижениях, по которым стекает вода.
Форма и размеры карров зависят от химического состава и характера трещиноватости пород, а также от климата. Лучше всего карры выражены в чистых известняках в сухих субтропиках. В этих условиях борозды и гребни более или менее симметричны и имеют примерно одинаковые размеры.
Скопления карров образуют труднопроходимые карровые поля. Co временем поверхность, покрытая каррами, изменяется: трещины расширяются, гребни разрушаются, возникают нагромождения глыб известняка, очень типичные для областей развитая открытого карста. Карровые поверхности почти всегда лишены растительности.
Карстовые воронки свойственны как открытому, так и покрытому карсту (рис. 109). Это наиболее типичная и широко распространенная форма карстового рельефа. Различают воронки поверхностного растворения и провальные, а также воронки «просасывания».
Суффозионные процессы и формы рельефа
Процесс выноса грунтовыми водами мельчайших частиц породы и растворенных веществ называется суффозией. Суффозия приводит к просадке поверхности и появлению таких форм рельефа, как степные блюдца (поды), суффозионные овраги, воронки, провалы, поля просадки. Особо благоприятные условия возникновения просадочных форм существуют там, где в мощных толщах рыхлых отложений (особенно лёсса) при общем незначительном их увлажнении происходит вертикальная циркуляция вод.
Степные блюдца (поды) — пологие овальные понижения, часто возникающие в степных районах на поверхности лёссовых равнин. Дно степных блюдец опущено по сравнению с ненарушенным положением поверхности на 2—3, а иногда на 7 м, диаметр понижения редко бывает более 100 м.
Степные блюдца обычно приурочены к бессточным участкам лессовых равнин и к водоразделам. Возникают они чаще всего на месте первичных неровностей, в которых временно скапливается вода. Просачиваясь, вода, выносит мелкие частицы из рыхлых пород, делая их менее плотными, и создает условия для возникновения просадки. Степные блюдца типичны для лёссовых равнин Украины, Западно-Сибирской низменности и т. д.
Суффозионные воронки. Энергичный вынос частиц породы может привести к образованию пустот, а обвалы над пустотами создают воронки диаметром в несколько метров. Обычно такие воронки расположены группами. При дальнейшем выносе подземными водами пород на месте воронки образуется провал — впадина, ограниченная обрывами. Co временем провалы углубляются и расширяются. Сливаясь, суффозионные воронки и провалы могут образовать овраг. При большом скоплении воронок и провалов создается суффозионное поле — сравнительно пониженное пространство с очень сложным изрезанным рельефом.
В условиях сухого климата образование просадочного рельефа может быть вызвано искусственным орошением. Такой просадочный рельеф очень распространен в Средней Азии.
Суффозия
Текущие в пустотах и прослойках горных пород воды в некоторых случаях способны растворять или размывать слагающую массу. Когда растворенные частицы породы уносятся с подземным водным потоком, говорят о возникновении суффозии.
Что такое суффозия
Суффозия – это вынос определенных грунтовых частиц подземными водами. Она сопровождается проседанием грунтового слоя, формированием суффозионных впадин, блюдец, воронок (диаметр до 100 м), пещер. Вследствие явления может измениться гранулометрическая структура пород как подвергшихся размытию, так и фильтровавших выносимый материал.
Чаще всего суффозионный процесс отмечается на участках лёссов и суглинков лёссовидного типа. В карбонатах, гипсе, мергелях, песчано-глинистых грунтах возможно дополнение выноса карстом. Это называется глинистый псевдокарст.
Провоцирующий фактор – движущиеся грунтовые воды. Явление возможно при сложении следующих условий:
Виды суффозии
По способу воздействия на породы выделяют:
Химический тип подразумевает выщелачивание минеральных элементов. Он наблюдается, когда фильтрующаяся вода наталкивается на растворяющиеся в ней вещества.
Механическая суффозия – размытие и перемещение пород, даже не содержащих растворяющихся веществ, интенсивно текущей подземной водой. Явление наблюдается преимущественно на речных склонах и оврагах.
В большинстве случаев химический и механический процессы совмещены. Смешанный тип чаще всего отмечается в лёссах.
По действию водного потока в грунте выделяют процесс:
В первом случае размытие происходит между грунтовыми слоями, не захватывает внутренность грунта. Во втором случае оно осуществляется под действием водного потока внутри слоя, обуславливается значительным ускорением фильтрации подземных вод.
Для борьбы с суффозией грунта применяются активные и пассивные меры. В первом случае осуществляют мероприятия, направленные на устранение причины явления:
Во втором случае рационально размещают строящиеся объекты, учитывают их конструкцию. Перед инженерными и строительными работами осуществляют мониторинг территории, на которой высока вероятность суффозионного процесса.