44. Экзогенные геологические процессы в криолитозоне. Плывуны:

Экзогенные геологические процессы в криолитозоне нередко определяются гидрогеологическими условиями. Они тесно связаны с надмерзлотными, межмерзлотными и подмерзлотными водами.

Основными явлениями, связанными с изменением температуры горных пород и влажности являются: морозные пучины, бугры пучения (булгуняхи –гидролакколиты), полигональные образования термокарстовые, солифлюкционные, оползневые, наледные.

Морозное пучение интенсивно развивается в глинистых пылеватых и сильно пылеватых породах за счет промерзания связанной воды и в связи с этим – увеличения объема породы. Коренные пучины очень опасны и требуют постоянного наблюдения, для борьбы с ними выполняются профилактические и капитальные мероприятия.

Профилактические мероприятия заключаются в систематическом наблюдении за развитием пучин, в профилировании железнодорожного полотна путем поднятия рельсов, в наблюдении за состоянием работы поверхностных водоотводов.

Капитальные мероприятия включают осушение пучинистых участков, замену пучинистых пород основной площадки, а также балластного слоя и покрытий дорог.

Бугры пучения представляют собой крупные формы рельефа, встречаются по одному или группами. Их образование связано с наличием таликов над многолетней мерзлотой. При промерзании талика образуется замкнутая масса пород, в пределах которой возникает гидростатический напор, под действием которого породы вздымаются. По своему строению такие бугры напоминают вулкан.

Полигональные образования – это разнообразные формы многоугольников плоских или несколько выпуклых, разграниченных морозобойными трещинами.

Термокарстовые явления – это вытаивание льда в толще пород, в результате чего образуются просадки и озера. Для образования и развития термокарста необходимо два условия: 1) наличие подземных льдов; 2) глубина сезонного оттаивания пород должна превышать глубину залегания подземных льдов.

Солифлюкция представляет собой медленное течение почв, которые по своему гранулометрическому составу представлены пылеватыми разностями.

В криолитозоне происходят и другие процессы: оползни, сплывы, грязевые потоки, сели, лавины и др., которые широко развиты за пределами криолитозоны. Климат для них уже не является главным фактором.

Помимо естественных факторов на развитие экзогенных процессов оказывают и техногенные, вызванные, прежде всего, условиями строительства.

На режим мерзлоты оказывают влияние следующие факторы: 1) тепловой режим зданий и сооружений и технологические особенности эксплуатации; 2) снег отепляющее действует на породы; 3) вырубка леса, распашка земель; 4) грунтовые и поверхностные воды; 5)водохранилища; 6) плотность застройки, ориентация по сторонам света; 7) санитарно-технические коммуникации.

Выбор принципа строительства определяется из условий наибольшей технической целесообразности и экономической выгодности. Возможны два случая: 1) строительство в условиях устойчивого режима мерзлоты, т.е. сохранение отрицательных температур; 2) когда мерзлоту поддерживать нельзя – постепенное и предварительное оттаивание.

Плывуны — это насыщенные водой грунты, при вскрытии приобретающие свойства вязкой жидкости.

Они представляют собой большую опасность при выполнении строительных работ. Если плывуны вскрываются подземными выработками, то они сравнительно быстро заполняют её, а вышележащие массы начинают сдвигаться и тоже приходят в движение.

Плывуны — это слабые, неустойчивые породы, требующие специальных методов ведения строительных работ и специальных мероприятий по обеспечению устойчивости сооружений.

В плывунное состояние могут переходить пески, супеси, лессы, суглинки, озерные илы, глины.

Плывуны очень осложняют процесс проходки горных выработок и строительство сооружений. При проходке котлованов нисходит обрушение их стенок, разжижение грунтов при сотрясении, выполаживание откосов, заплывание котлована грунтом.

Значительные затруднения возникают и при вскрытии плывунов буровыми скважинами. В этом случае в обсадных трубах образуются «пробки» вследствие того, что плывуны из забоя нажины устремляются вверх по обсадной трубе, обволакивают буровой снаряд и происходит его «прихват».

Давление плывунов часто вызывает искривление стволов шахт, разрушает крепление подземных горных выработок.

Проявление плывунности грунтов может привести к деформации и даже разрушению сооружения.

Переход грунтов в плывунное состояние возможен при одновременном сочетании следующих четырех факторов:

• благоприятные условия залегания пород;

• наличие разностей напоров подземных вод;

• определенный состав пород;

• определенное состояние рыхлых пород.

Классификация плывунов: истинные и ложные

Истинные плывуны. Группу истинных плывунов составляют рыхлые горные породы - глинистые пески, супеси, суглинки, глины. Они переходят в плывунное состояние не только под воздействием гидродинамического давления, но, главным образом, из-за наличия в их составе минеральных и органических коллоидов. Коллоиды присутствуют в форме коллоидно-дисперсных минералов типа глауконита и монтмориллонита, а также виде гидроокиси Al, Fe и органических соединений. Все они придают частицам плывунов подвижность и, включая большое количество воды, способствуют растяжению структурной сетки.

Это, в свою очередь, обусловливает уменьшение механическое сцепления между частицами. Вода, присутствующая в плывунных грунтах, находится в связанном состоянии, что затрудняет ее удаление.

Истинные плывуны обладают следующими особенностями:

1. Пористость 36-58%, коэффициент пористости 0,67-1,39.

2. Наличие органических и минеральных коллоидов.

3. Наличие частиц размером менее 5 мкм в количестве не менее 3%.

4. Величина максимальной молекулярной влагоемкости превышает 3%.

5. Присутствие коллоидов в составе истинных плывунов обусловливают слабую фильтрационную способность их. Коэффициент фильтрации для истинных плывунов не превышает 10^-5-10^-4 см/с (0,9-9 см/сут). Чрезвычайно слабая водопроницаемость их и большая водоудерживающая способность исключает возможность осушения плывунов обычными способами.

6.Истинные плывуны обладают очень низким сопротивлением сдвигу. Предельное сдвигающее напряжение не превышает 0,005 МПа.

7.Влажность истинных плывунов близка к пределу текучести.

8.Угол естественного откоса изменяется от (3-4)° до (8-9)°.

9.Плотность истинных плывунов составляет 1,8-2,2 г/см3.

10.Истинные плывуны своеобразно ведут себя при забивке в них свай. При частых ударах небольшой силы плывун приходит в движение и свая легко погружается в грунт. После окончания забивки происходит остановка подвижек и свая приобрела большую несущую способность.

11.Кусочек плывуна, извлеченный из котлована, имеет вид слабовлажного грунта, вода из него не выступает, но если по нему похлопать ладонью, он расплывается и растекающиеся рая каплями падают с руки.

12.При высыхании истинные плывуны сильно цементируются вследствие склеивающего действия коллоидов.

Внешне истинные плывуны обнаруживаются по следующий характерным признакам:

• При взмучивании в дистиллированной воде истинный плывун образует суспензию, которая не осаждается в течение ряда месяцев.

• В истинных плывунах благодаря наличию коллоидных частиц вода в котлованах обычно мутная.

Ложные или псевдоплывуны представляют собой преимущественно среднезернистые или тонкозернистые пески. Переход их в плывунное состояние происходит под влиянием гидродинамического давления потока подземных вод т.е. в результате наличия гидравлического градиента, возникающего при вскрытии выемки, котлована, траншеи, который, взвешивая частицы грунтов, устраняет трение между ними.

Признаки псевдоплывунов:

1.При взмучивании в дистиллированной воде ложный плывун образует суспензию, которая осветляется в десяти сантиметровом слое в течение 2-3 дней;

2. В котлованах, вскрывающих ложные плывуны, вода прозрачная или слабо мутная, быстро светлеющая;

3. Ложные плывуны сравнительно хорошо отдают воду, и при естественном или искусственном снижении гидравлического (напорного) градиента они легко переходят в устойчивое состояние.