Применение исследований инженерной геологии в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Московский университет путей сообщения"

Контрольная работа по дисциплине “Геология”

Студент

специальность 270800 "Строительство"

группа

шифр

преподаватель

2013

Вариант №3

Вопрос № 1. Роль инженерной геологии для проектирования, строительства и эксплуатации различных инженерных сооружений

Инженерная геология является одной из геологических дисциплин. Она разрабатывает широкий круг научных и практических проблем, решает многие задачи, возникающие при проектировании, строительстве сооружений (тоннелей, плотин, мостов, дорог и различных промышленных и гражданских зданий) и при проведении инженерных работ по улучшению территорий (осушение, борьба с оползнями, карстом и другими геологическими явлениями). Инженерная геология включает следующие основные разделы: инженерную петрологию, инженерную геодинамику и специальную инженерную геологию.

Инженерная петрология изучает состав, строение, физико-механические свойства горных пород. В задачу инженерной петрологии входит также прогноз изменения свойств пород под влиянием возводимых сооружений.

Инженерная геодинамика изучает геологические процессы, как природные, так и возникающие под воздействием сооружений, влияющие на устойчивость и эксплуатацию сооружений, и разрабатывает защитные мероприятия.

Специальная инженерная геология изучает условия строительства гражданских, дорожных, гидротехнических и подземных сооружений в различных геологических условиях.

Возникновение инженерной геологии и ее развитие на первых этапах были связаны со строительством, когда строители изучали горные породы как основание, среду и материал для различных сооружений. Началом же научных исследований инженерно-геологического плана следует считать первые десятилетия XIX века. Строительство путей сообщения, заводов, фабрик, плотин и других сооружений требовало обеспечения их надежности. В этом большую роль сыграли первые русские инженеры путей сообщения, воспитанники и профессора старейшего вуза страны -- Института корпуса инженеров путей сообщения, ныне Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС), основанного в 1810 г.

Уже в первые годы работы института в нем изучался курс минералогии и геологии. Можно считать, что зарождение инженерной геологии в приложении к строительству путей сообщения в России относится к началу XIX века и первые работы в этой области принадлежат перу инженеров путей сообщения. Выполнение геологических исследований для целей железнодорожного строительства в России относится к 1842 г. -- началу постройки первой железной дороги нормальной колеи. В этой связи строители начали уделять горным породам большое внимание. Растущие масштабы строительных работ требовали привлечения геологов к изысканиям под строительство. Поэтому уже в начале XX века геологи начали привлекаться к решению вопросов, связанных со строительством железных дорог. Среди геологов в этой работе принимали активное участие: И.В. Мушкетов, В.А. Обручев, А.В. Львов, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, А.П. Павлов и др. Они работали как эксперты и изыскатели на различных стройках, проводили исследования с целью изучения оползней, карста, обвалов, вечной мерзлоты на железных дорогах. По результатам обследования объектов появилась литература, касающаяся условий проведения железнодорожных линий.

Строительство таких сооружений, как ДнепроГЭС, гидроэлектростанции на Волге, Оке, строительство Беломорско-Балтийского канала, канала им. Москвы вызвало необходимость всестороннего изучения геологических условий возведения этих сооружений, потребовало применения новых методов геологических исследований и количественных оценок природных геологических условий, определяющих устойчивость сооружений. Столь же серьезные требования предъявляли к геологии строительство промышленных предприятий Магнитогорска, Кузнецка, Запорожья, реконструкция Москвы и других городов. Значительный комплекс геологических исследований был выполнен в связи с постройкой Московского метрополитена. Таким образом, инженерная геология как наука появилась в результате запросов практики строительства. Все возрастающие объемы строительных работ способствовали созданию в 1930 г. кафедры грунтоведения в Ленинградском университете, а в 1938 г. аналогичной кафедры в Московском университете. Грунтоведение изучало любые горные породы как объект инженерно-строительной деятельности. В 1944 г. при АН СССР была организована Лаборатория гидротехнических проблем имени академика Ф.П. Саваренского, которая наряду с гидрогеологическими проблемами занималась вопросами инженерной геологии. В настоящее время инженерная геология на транспорте все более совершенствуется в своем развитии: используются геофизические методы разведки, аэрокосмические и другие методы, позволяющие улучшить и ускорить выполнение инженерно-геологических исследований. Используются также данные физико-химии грунтов, что дает возможность познать природу происходящих в них процессов. Не меньшее значение для инженерной геологии имело успешное развитие сопредельных наук. Так, например, развитие физики, химии, математики и механики грунтов позволило инженерной геологии воспользоваться новыми методами для количественной оценки свойств горных пород и геологических явлений. Инженерная геология из описательной науки стала наукой конкретной, комплексной, тесно связанной со многими инженерными дисциплинами, такими как: «Механика грунтов, основания и фундаменты», «Изыскания и проектирование железных дорог», Железнодорожный путь», «Мосты и тоннели», которые без геологических данных не могли правильно решать свои задачи. Инженерная геология многое берет из разделов геологии, пополняет их результатами собственных исследований и дает необходимый материал строительству и горному делу.

Известно, что всякое инженерное сооружение должно быть возведено с наименьшими затратами рабочей силы, материалов я времени. Одновременно оно должно обладать высокой прочностью и устойчивостью. Иногда возводимые сооружения вызывают возникновение новых природных геологических процессов и изменение существующих. Поэтому оценка природных условий района строительства является важнейшим условием его успешности. Чтобы обезопасить сооружение от деформации и разрушения в каждом случае следует определить возможность появления процессов, которые могут непредсказуемо проявиться впоследствии. При этом опасны не столько неблагоприятные геологические условия, сколько их недостаточное знание. Поэтому при возведении сооружений необходимо проведение тщательных и весьма детальных инженерно-геологических изысканий, которые бы позволили вскрыть всю сложность геологического строения и предупредить проектировщиков от ошибок и недоучета геологических особенностей и физико-механических свойств горных пород в местах постройки, а также предусмотреть необходимые профилактические мероприятия, предохраняющие сооружения от различных деформаций и обеспечить их нормальную эксплуатацию.

Проведение инженерно-геологических изысканий при изучении районов строительства дает возможность при проектировании сооружений учесть все природные особенности места строительства и выбрать наиболее благоприятные участки. Для организации инженерно-геологических изысканий и последующего инженерно-геологического заключения следует получить ясное представление о геологическом строении местности, т.е. стратиграфии, тектонике, литологии, физико-геологических процессах, получивших развитие в данном районе. Правильно установленная стратиграфия определяет положение горных пород, обладающих различными физико-механическими свойствами, и тем самым является необходимой для оценки условий размещения сооружения. Роль тектоники в оценке инженерно-геологических условий места возведения сооружения очень велика. Тектонические нарушения горных пород создают иногда настолько трудные условия для строительства, что приходится искать мероприятия, позволяющие с безопасностью возводить сооружение, или определять другое место для его возведения.

Сложные формы залегания пород вызывают чрезвычайную изменчивость инженерно-геологических условий. Весьма значительна роль гидрогеологических особенностей в инженерно-геологических работах.

Инженерно-геологические изыскания выполняются при составлении проекта любого инженерного сооружения или хозяйственного использования территории. Материалы изысканий служат обоснованием проекта, поэтому в них освещаются геологические условия и оцениваются все факторы, влияющие на выбор места расположения сооружения, условия его строительства, эксплуатации и реконструкции.

Вопрос № 2. Структура и текстура магматических горных пород

Структуры магматических пород

В зависимости от степени охлаждения магм должна находиться и степень их кристаллизации:

1)при кристаллизации расплавов и магм в условиях оптимума получаются полнокристаллические структуры;

2)в наихудших условиях могут получиться совершенно или почти совершенно лишенные кристаллов стекловатые структуры;

3)в промежуточных условиях получаются структуры неполнокристаллические часто весьма неудачно называемые полукристаллическими.

С условиями кристаллизации магм должна быть связана величина зерна в полнокристаллических породах. Очевидно, если магма отвердевает медленно, то условия наиболее благоприятны для получения или наиболее крупных кристаллов (небольшое количество центров, достаточно быстрый рост), или, во всяком случае, кристаллов более или менее равномерных. Получаемые в результате структуры называются равномернозернистыми. При этом по величине кристаллов различают структуры:

-гигантокристаллические при величине кристалла свыше 1-2 см;

-крупнокристаллические при размере кристалла выше 5 мм;

-среднекристаллические с величиной кристалла от 1 до 5 мм;

-мелко- и тонкокристаллические -- кристаллы видны невооруженным глазом;

-микрокристаллические -- кристаллы видны в лупу или под микроскопом, и

-скрытокристаллические -- в породах под микроскопом обнаруживается только кристалличность, а отдельные зерна неразличимы.

При кристаллизации расплавов и, следовательно, при образовании горной породы сначала выделяется один минерал, который в дальнейшем растет, затем, при продолжающемся выделении этого минерала, начинает выделяться следующий и т.д. Кроме того, при наличии порядка кристаллизации отдельных минералов, совершенно неизбежно, что первые минералы, кристаллизуясь при более высокой температуре, находятся в более благоприятных условиях для роста, чем более поздние, выделяющиеся в более вязкой жидкости, и т.д. Наконец, может случиться и так, что часть магмы затвердевает в очень благоприятных для кристаллизации условиях на глубине, а не успевшая закристаллизоваться часть ее вместе с выделившимися кристаллами изливается или в более высокие горизонты или на земную поверхность, где условия для кристаллизации менее или весьма неблагоприятны как вследствие быстрого понижения температуры, так и вследствие выделения газов и паров, благоприятствующих жидкостности магмы, и следовательно, росту кристаллов. Эти обстоятельства, порознь или вместе, неизбежно влекут за собой неравномерность зерен минералов одних и тех же или разных видов в породе. Получается так называемая порфировая структура, при которой минералы породы весьма сильно отличаются друг от друга по величине. Раньше предполагали, что порфировая структура обусловливается исключительно внезапным изменением условий кристаллизации при излиянии; но она может получиться и при нормальном ходе кристаллизации по эвтектической схеме.

Во всякой порфировой структуре различаются два элемента: более крупные кристаллы -- порфиры или вкрапленники и мелкая масса, стекловатая или неполнокристаллическая, служащая как бы цементом для вкрапленников -- основная масса. Выделяют, кроме нормальной порфировой структуры, еще структуру порфировидную. Под порфировидной понимают такую структуру, при которой полнокристаллическая основная масса имеет легко различимое макроскопически зерно, в том числе и такое, которое может встретиться и в среднезернистой породе, как, например, в порфировидных гранитах. Связь степени кристалличности и величины кристаллов с условиями отвердевания магмы зависит от того, как скоро идет процесс остывания магмы. Магма затвердевает в породу не при определенной температуре, а в некотором интервале температур.

Неполнокристаллическую породу без четко выраженных крупных вкрапленников часто называют афировой.

От формы зерен минералов зависит облик структуры, особенно под микроскопом. Если минералы должны выделяться из магмы в определенном порядке, то, естественно, наибольшее число шансов для выявления свойственной им кристаллической огранки имеют минералы, выделяющиеся в самом начале; наоборот, минералы, кристаллизующиеся в конце, будут связаны в проявлении своей огранки выделившимися ранее минералами, так как они могут только заполнять оставленное последними пространство. Минералы, имеющие хорошую огранку, называются идиоморфными; минералы, не имеющие собственных форм, представляют собой минералы ксеноморфные наконец, минералы, частью проявляющие собственную огранку, частью ограниченные другими, суть минералы гипидиоморфные. Полнокристиллические структуры зернистых пород или основных масс порфировых пород в которых можно наметить степень идиоморфизма отдельных минералов, называются гипидиоморфнозернистыми.

Структура, в которой минералы прорастают друг друга, давая более или менее правильные грани -- структура письменная или пегматитовая. Если же при одновременном выделении минералы не прорастают друг друга, а соприкасаются, то получается структура аплитовая или панидиоморфнозернистая, в которой все минералы более или менее идиоморфны, более или менее изометричны. Эту структуру называют иногдасахаровидной.

Текстуры

Различаются три вида текстур, возникающих в процессе кристаллизации магмы без влияния внешних факторов: однородная, или массивная, такситовая (неоднородная, пятнистая) и шаровая.

Такситовая (неоднородная, пятнистая, или шлировая) текстура отличается неоднородным распределением составных частей пород в различных участках. Эти участки могут отличаться друг от друга как по составу (наличие скоплений мафических минералов, шлиров, ксенолитов), так и по структуре. Формирование такситовых текстур обусловлено изменением физико-химических условии кристаллизации магмы (различием градиента температур в отдельных участках породы, колебанием давления, в том числе и давления флюидов, диффузией вещества в газово-жидкой среде), наличием переработанных ксенолитов (захваченных магмой на разной глубине обломков окружающих пород).

Среди текстур, возникновение которых происходит под влиянием кристаллизации в движении или других причин, различают линейную, полосчатую, гнейсовидную, трахитоидную, флюидальную. Линейная текстура проявляется в линейной ориентировке в пространстве призматических или столбчатых минералов. Трахитоидная текстура связана с субпараллельным расположением в породе таблитчатых или уплощенно-призматических кристаллов полевых шпатов. Эта текстура образуется при кристаллизации расплава в движении. Флюидальная текстура вулканитов характеризуется потокообразным расположением зерен, микролитов, кристаллитов. Породы с флюидальностью часто характеризуются тончайшим переслаиванием разноокрашенных полос вулканического стекла. Микрополосчатость вытянута в направлении движения лавы, обтекает вкрапленники, как правило, смята в мельчайшие складки. Флюидальность возникает при продвижении вязкой застывающей лавы.

Гнейсовидная текстура полнокристаллических интрузивных пород с субпараллельным расположением преимущественно мафических минералов появляется в процессе кристаллизации магмы под воздействием одностороннего давления. Полосчатая текстура наблюдается у пород, сложенных чередующимися слоями разного состава или разной структуры. Образование такой текстуры в интрузивных породах может быть связано с гравитационной дифференциацией или с процессами ликвации, предшествовавшими кристаллизации. Примером пород с полосчатыми текстурами являются габбро-норитовые расслоенные интрузивы древних платформ, а также некоторые полосчатые породы дунит-гарцбургитовой ассоциации. Полосчатая текстура вулканитов представлена чередованием полос различной окраски (обычно маломощных -- первые сантиметры, а чаще миллиметры), незначительно отличающихся друг от друга по химизму, структуре основной массы, составу стекол. Часто в полосах отмечается субпараллельное границам расположение микролитов.

Пузыристая текстура обусловлена наличием в породе незаполненных полостей, которые ранее были заняты пузырьками газа. Они фиксируют процесс отделения от магмы летучих компонентов при ее извержении. Объем пузырей в породе, их форма и размеры связаны с составом магмы (а соответственно и флюидной фазы), а также зависят от приуроченности породы к той или другой части вулканического тела, иногда значительно отличающейся режимом охлаждения и отделения летучих. При дальнейшем развитии пород пузырьки выполняются вторичными минералами и образуется миндалекаменная текстура. Миндалины могут быть сложены одним минералом (например, хлоритом, карбонатом, кварцем) или двумя-тремя, тогда они имеют концентрически-зональное строение -- стенки пустот выполнены одним минералом, а центральные части -- другими.

Промежуточное положение между текстурой, а, скорее - первичной отдельностью магматических пород занимает шаровая текстура, широко распространенная в эффузивных породах основного состава. Сфероиды обладают концентрическим строением, обусловленным ориентированным распределением в породе пузырей, уменьшением их количества и размеров и некоторым увеличением зернистости от периферии к центру шара, часто в них отмечается радиальная трещиноватость. Промежутки между шарами заполнены мелкими, иногда скорлуповатыми обломками базальтового стекла (гиалокластитами или палагонитовыми брекчиями), осадочным, чаще всего кремнистым, а иногда глинистым или карбонатным материалом. Шаровыми текстурами обладают подушечные лавы.

Вопрос № 3. Опишите способы образования и строительные свойства делювиальных отложений

Делювий (делювиальные отложения) - рыхлые продукты выветривания горных пород, перемещенные по склонам гор и возвышенностей вниз под действием собственной тяжести или дождевыми и снеговыми водами

Делювиальные отложения перекрывают большинство склонов, состав их тесно связан с характером склонов: на площадях с горным рельефом, узкими водоразделами, глубоковрезанными долинами и склонами крутизной более 25 преобладают крупнообломочные грунты, на пологих склонах - преимущественно глинистые отложения с примесью обломочного материал.

Делювиальные отложения, образовавшиеся в местах выхода глинистых пород терригенной и терригенно-карбонатной формаций, представленных суглинками с редким включением дресвы и щебня, характеризуются более высокой по сравнению с первыми естественной влажностью (8-41 %), низкой объемной массой (18-203 г/см3), малой и средней плотностью (24-52 %), повышенной сжимаемостью (0 37 - 106 - 0 78 - 10 - 6 Па) и низкими величинами модуля общей деформации, Суглинки слабо обводнены, дебиты колодцев составляют 0 01 л/с, родников - не более 0 2 л/с. Воды повышенной минерализации, солоноватые. Делювиальные отложения со значительным содержанием каменистого материала с точки зрения осадки под нагрузкой могут считаться достаточно-надежными.

Так, делювиальные отложения, сформировавшиеся в пределах распространения пород флишевой, флишоидной и карбонатной - формаций, представлены - суглинками с большим количеством щебня, характеризуются низкой естественной влажностью (табл. 23, Шеко, 1958), высокой объемной массой ( 2 0 - 2 29 г/см3) со средней пластичностью заполнителя, средней и высокой водонасыщенностью, высокой прочностью при срезе и сравнительно низкой деформируемостью. Дебиты родников составляют обычно 0 2 л/с, летом родники часто пересыхают. Геолого-генетический комплекс делювиальных отложений распространен повсеместно, кроме чрезвычайно крутых склонов. Делювий кристаллических сланцев и гранитоидов представлен дресвой, песком с глинисто-суглинистым заполнителем каолинит-гидрослюдистого типа. В полосе порфиритовой свиты байоса развит обломочный делювий кир-пично-красного цвета, заполнитель - глина гидрослюдисто-монтморил-лонитового типа. Делювий на субстрате карбонатных пород крупно -, средне - и мелкообломочный с глинистым и пылеватым заполнителем, Размеры отдельных глыб известняков у подножий Накеральских и Хандевских карнизов достигают нескольких десятков кубических метров.

Делювием или делювиальными отложениями в геологии называют отложения, образующиеся на склонах и в подожьи гор при плоскостном смыве дождевыми и талыми водами продуктов разрушения горных пород, залегающих выше по склону. Однако в инженерно-геологической практике под делювием понимают разнообразные продукты выветривания - от глин и песков до больших глыб, смытых вниз по склону дождевыми и талыми водами, сползших под влиянием силы тяжести, морозного сдвига и текучести грунта.

Гео лого-генетический комплекс делювиальных отложений широко распространен на склонах долин и в предгорьях Главной гряды Крымских гор. Состав отложений, как и сложение, - изменяется в зависимости от состава дочетвертичных отложений. Источники выходят из делювиальных отложений массивов гранитов Главного Кавказского хребта у их контакта с аспидными сланцами. Источники расположены на высоте 1800 м над уровнем моря.

В подобных условиях съем делювиальных отложений совершенно нереален. Часто для борьбы с оползнем делювиальных масс (особенно при строительстве дорог) используются подпорные стенки. При малой мощности делювия, небольшой его влажности и возможности основать стенку на коренных породах склона такие стенки весьма эффективны, в противном случае они бесполезны. При оценке устойчивости делювиальных масс необходимо учитывать: 1) условия их увлажнения; 2) характер подстилающего делювий рельефа; 3) наличие в подстилающей толще водоносных горизонтов; 4) свойства подстилающей толщи; 5) свойства самой делювиальной массы

Для делювиальных пород (суглинков и супесей) характерно прежде всего то, что отложенные продукты генетически не связаны с подстилающими породами, так как являются наносами, принесенными с верхних частей склона. Отсортированность и слоистость делювиальных наносов незначительна, причем вверху склона залегают более крупные частицы, а снизу - более мелкие. Просачивание дождевых вод через толщу отложенного делювия до коренных подстилающих пород вызывает появление характерной вертикальной пористости, напоминающей вертикальную пористость лессов. Поэтому глинистые делювиальные отложения часто относятся к группе лессовых пород. Отсутствие генетической связи между делювием и подстилающими породами, а также наличие водной смазки по поверхности контакта между ними иногда является причиной образования смещений отложенных пород. Делювиальные отложения часто образуются в комплексе с элювием, или аллювием (отложениями рек), создавая комплексные делювиально-элювиальные или делювиально-аллювиальные отложения, обладая промежуточными свойствами, присущими каждому из слагающих их видов отложений.

Вопрос № 4. Сущность процессов внешней динамики земли (Экзогенных процессов). Эрозионная деятельность атмосферных вод. Овраги. Борьба с оврагами

Поверхность Земли и ее недра непрерывно изменяются под воздействием самых разнообразных сил и факторов. Эти процессы изменения протекают в подавляющем своем большинстве крайне медленно с точки зрения человека, незаметно не только непосредственно для его глаза, но часто и незаметно для многих сменяющих друг друга поколений людей. Однако именно эти медленные процессы в течение миллионов и миллиардов лет истории Земли приводят к наиболее разительным и крупным переменам в ее лике и внутреннем строении. Они и составляют главное содержание истории Земли.

Среди геологических процессов есть и такие, которые проявляются очень бурно и приводят к катастрофическим последствиям. Сюда относятся мощные извержения вулканов, разрушительные землетрясения, внезапные горные обвалы и т. п. Но эти процессы проявляются сравнительно редко, охватывают относительно небольшие площади и играют в истории Земли значительно меньшую роль.

Чтобы верно понять динамику Земли и правильно истолковать закономерности ее развития, требуется очень тонкое наблюдение именно над медленно протекающими геологическими процессами. Их изучение и составляет основное содержание динамической геологии.

Для удобства изучения геологические процессы разделяют на две большие группы: процессы внешней геодинамики, или внешние экзогенные процессы, и процессы внутренней геодинамики, или внутренние эндогенные процессы.

Экзогенные процессы возникают в результате взаимодействия каменной оболочки с внешними сферами: атмосферой, гидросферой и биосферой. Эндогенные процессы проявляются при воздействии внутренних сил Земли на ту же каменную оболочку.

Разделение процессов на внешние и внутренние носит несколько условный характер, так как между ними нет категорического разграничения, а наоборот, наблюдается тесное взаимодействие. Тем не менее, подобное деление методически вполне оправдано.

Экзогенные процессы в свою очередь подразделяются на три большие группы: процессы выветривания, процессы денудации и процессы аккумуляции, или осадконакопления.

Выветривание представляет собой процесс изменения (разрушения) горных пород и минералов вследствие приспособления их к условиям земной поверхности. Оно состоит в изменении физических свойств минералов и горных пород, главным образом сводящегося к их механическому разрушению, разрыхлению и изменению химических свойств под воздействием воды, кислорода и углекислого газа атмосферы и жизнедеятельности организмов.

Денудация и аккумуляция (или осадконакопление) тесно взаимосвязаны. Под денудацией понимается совокупность процессов сноса продуктов разрушения горных пород, создаваемых в основном выветриванием. Она проявляется главным образом в пределах суши и сводится к перемещению раздробленного или химически растворенного материала с возвышенностей в депрессии рельефа -- долины, котловины, озерные и морские бассейны. Главными ее агентами являются сила тяжести, текучие воды, ветер и движущиеся льды ледников. Денудация (от латинского слова «денудо» -- обнажаю) приводит к разрушению целых горных систем, шаг за шагом сравнивая их с землей и превращая в равнины.

Аккумуляция -- это сумма всех процессов накопления осадков, возникающих в понижениях рельефа Земли за счет принесенных денудацией продуктов выветривания. Она является первой стадией образования новых осадочных горных пород. Выветривание лишь подготавливает материал для денудации, но само по себе еще не приводит к серьезным изменениям лика Земли.

Денудация же является наиболее активным фактором преобразования Земли, мобилизующим, приводящим в движение огромные массы вещества. Поэтому изучение денудации является одним из главных предметов динамической геологии. Аккумуляция -- это дальнейшее звено в цепи экзогенных процессов, сводящееся к тому, что продукты выветривания как бы вновь обретают покой, теряют свою подвижность, входя в состав осадочных пород.

Однако аккумуляция не является конечным звеном в цепи преобразования материи, но лишь этапом в круговороте ее в условиях Земли.

Об интенсивности денудации, выражающей суммарно работу экзогенных сил, судят по количеству разрушенного материала, сносимого реками с суши, и по интенсивности срезания ею поверхности континентов. Эти величины могут быть проиллюстрированы следующими данными: в Средней Азии реки за год перемещают только во взвешенном состоянии от 5 до 3000 т с 1 кмІ.

Для Кавказа величина сноса достигает за год 75--2248 т с 1 кмІ. Срезание поверхности Русской равнины вследствие денудации составляет 0,03 мм за год.

Для горных областей величина денудации возрастает в несколько раз: так, в Средней Азии величина денудации достигает 0,26 мм, на Кавказе -- 0,45 мм, в Северных Альпах -- 0,57 мм в год и т. д. Денудация суши длится иногда многие миллионы лет, поэтому общая величина срезания континентов с течением времени становится весьма ощутимой. В истории Земли известны многочисленные примеры срезания под корень высоких горных массивов и превращения горного рельефа в равнинный.

В процессах денудации наблюдается последовательная смена трех стадий -- разрушения, переноса и отложения разрушенного материала, завершающихся воссозданием новых пород осадочного происхождения. Лишь в процессе выветривания отсутствует среднее звено -- перенос, и вследствие разрушения исходных пород сразу возникают новые, на них не похожие, но как бы замещающие их на том же месте.

Эрозионное действие

Поверхностные текучие воды объединяют потоки временные и постоянные. Объединяющей их чертой является наличие руслового стока, при котором движущаяся вода скапливается в ограниченном пространстве русла. Производимая водой разрушительная работа получила название эрозия. Эрозионная работа осуществляется тремя способами: гидравлическим выпахиванием (размывом рыхлых пород ударом водных струй), абразией (разрушением пород ударами переносимых обломков, это главный фактор водной эрозии), растворением горных пород. В начале развития руслового потока преобладает донная (глубинная) эрозия, когда при значительных уклонах поверхности под действием сил гравитации поток стремится разрушить породы дна русла. Процесс донной эрозии идет до достижения руслом на большей части его длины высоты базиса эрозии. Под базисом эрозии понимают абсолютную высоту поверхности бассейна, в который впадает водоток. Другими словами, водный поток стремится к выработке продольного профиля равновесия - кривой, приближающейся к горизонтали на большей части своего протяжения от устья вверх по течению, и приближающейся к вертикали в самом верховье. Условно говоря, при выработке профиля равновесия водные потоки уже не в силах преодолеть сопротивление горных пород размыву, а эрозия в верхнем течении компенсируется аккумуляцией в низовьях. Совокупность процессов работы водных потоков, накапливаемые при этом отложения и образующиеся формы рельефа называются флювиальными. Временные водные потоки подразделяются на равнинные и горные. Возникают они на склонах при таянии снега и выпадении атмосферных осадков.

Работа временных водных потоков на равнинах включает деятельность плоскостных и русловых потоков. Их активность в огромной мере зависит от степени развития растительности, в особенности травянистой - чем плотнее дернина, тем меньшее воздействие временных водотоков на горные породы. Таким образом, в наибольшей степени подвержены водной эрозии лишенные естественной растительности склоны.

Плоскостной (склоновый) сток представлен тонкой, сравнительно однородной пленкой воды, медленно стекающей по гладкой поверхности пологого склона. В этих условиях энергия (живая сила) потока мала, поэтому смываются и сносятся вниз только сравнительно мелкие и легкие рыхлые частицы. Перенесенный материал отлагается у подножья и в нижней части склона, образуя шлейф, наибольшая мощность которого наблюдается в основании склона. Данный процесс называется делювиальным, а накопленные в результате его осадки - делювием. Под действием плоскостного смыва крутизна склона уменьшается, поверхность его становится ровной или даже вогнутой.

Русловой сток временных водотоков возникает на склонах, поверхность которых осложнена разного рода выемками и ложбинками. Скапливающаяся в них вода, благодаря значительной массе, может совершать большую эрозионную и транспортирующую работу, причем не по плоскости, а линейно. Таким образом, деятельность временных русловых потоков на равнинах ведет к образованию оврагов. Выносимый из оврага материал скапливается в устьевой части, образуя конус выноса, сложенный косо- и диагонально-слоистым овражно-балочным аллювием (или пролювием), состав которого совпадает с составом пород размываемого склона

Работа временных водных потоков в горах отличается огромной эрозионной и транспортирующей силой, поскольку здесь слишком велики площади водосборных бассейнов по сравнению с площадью поперечного сечения крутосклонных каналов стока. Крупные массы воды и большие уклоны поверхности способствуют смыву и переносу гигантских объемов рыхлых пород. Такие перенасыщенные обломками временные горные потоки называются в Азии селями, а в Европе мурами. По составу они бывают водо-грязевыми, водо-каменными и грязекаменными. С выходом на предгорную равнину поток разливается в виде веера и формирует конус выноса, сложенный пролювиальными отложениями, петрографический состав которых определяется породами горного склона. В вершинной части конуса выноса залегают наиболее крупные обломки, тогда как в периферийной - самые мелкие (вплоть до алеврита).

Овраги - глубокие, узкие, крутосклонные и вытянутые рытвины, созданные временными водотоками преимущественно в рыхлых, но вязких горных породах (глины, суглинки, лёсс). Растут овраги, начиная от малых промоин и разветвляясь вверх по их уклону. Они имеют длину от нескольких десятков метров до десятков километров при ширине от нескольких до десятков метров. Достигая зеркала грунтовых вод, овраг иногда приобретают постоянный водоток и могут превратиться в речную долину. Овраги развиваются преимущественно в степной и лесостепной ландшафтных зонах в связи с неравномерностью выпадения атмосферных осадков на иссушенные почвы и при возвышенном и волнистом рельефе. Они сильно портят пахотные и другие культурные земли. Борьба с оврагами ведется облесением, запрудами, завалами верховий, а также предупредительными мерами, предотвращающими нарушения задернованности склонов или их распашки вдоль склонов.

Борьба с образованием оврагов - система мероприятий по предупреждению оврагообразования, прекращению или уменьшению роста существующих оврагов. При организации борьбы с оврагами следует исходить из того, что образование и рост оврагов вызывается концентрированными потоками воды, поступающей с водосборной площади. Наиболее часто они образуются в нижней, самой крутой части склонов балок, лощин и речных долин, или на откосах донных оврагов, в местах, куда стекающая вода поступает концентрированными потоками. Большинство промоин и береговых оврагов, а также часть склоновых и концевых размывов в современный период возникает под действием воды, накапливающейся за искусственными рубежами (дорогами, межами, канавами) и стекающей вдоль этих рубежей в понижения местности. В этих местах, как правило, наблюдается прорыв искусственной преграды и зарождение размыва. Предупредить оврагообразование, прекратить или уменьшить рост существующих оврагов можно такими мероприятиями, которые сокращают величину стока воды с водосборной площади, исключают формирование крупных потоков или безопасно отводят концентрированные потоки на специально выбранные участки склона. Применение комплекса организационных, агротехнических, луголесомелиоративных и гидротехнических мероприятий на водосборной площади в состоянии радикально повлиять на сокращение интенсивности эрозионных процессов и предупреждение образования и роста оврагов (см. борьба с эрозией почв).

Кроме того, существует ряд мероприятий, проводимых непосредственно в оврагах для прекращения их роста и предупреждения нового оврагообразования, вдоль бровки балок и лощин, на нижних наиболее крутых частях склонов балок и речных долин для защиты их от разрушения, а пойменные земли, реки и водоемы от заиления продуктами овражного размыва. Из гидротехнических сооружений наиболее часто применяются следующие. 1. Для прекращения роста оврагов в длину -- водозадерживающие валы, водоотводящие валы и канавы, перепады, консоли и быстротоки различных конструкций. Водозадерживающие валы -- применяют для приостановки роста оврагов и предупреждения повторного оврагообразования при их засыпке и выполаживании. Они представляют собой земляные сооружения, ограниченные на концах "шпорами", создающими емкость (прудок) для задержания стекающей воды. Наиболее часто применяемые размеры валов: строительная высота 1,3--2,2 м, ширина по гребню 2--2,5 м, заложение мокрого откоса --1:2, сухого откоса -- 1:1,5. Валы, рассчитываемые на полное задержание стока 10%-ной обеспеченности, целесообразно размещать в степной зоне на склонах крутизной до 9--10 градусов, в лесостепной зоне -- до 6--7 градусов, в лесной зоне -- не более 4--5 градусов. Их, как правило, размещают по горизонтали непосредственно у вершин оврагов на расстоянии от них, равном двух-трех-кратной высоте перепада. В виде плотин-перемычек водозадерживающие валы размещают непосредственно на оврагах. При этом часть оврага выше плотин-перемычек засыпают или выполаживают, если овраги врезались в пашню, или сохраняют в прежнем виде в качестве дополнительного резервуара для задержания воды и смываемой почвы, если овраги размещаются на пастбищах или облесяемых участках. Водоотводящие валы предназначаются для отвода воды от вершин оврагов на соседние залуженные участки, чтобы прекратить их дальнейший рост. Их рассчитывают на пропуск наибольшего расхода воды 10%-ной обеспеченности. Типовые конструкции водоотводящих валов рассчитаны на пропуск воды с расходом от 0,1 до 1 м³/с. Наиболее часто в практике борьбы с оврагами строят водоотводящие валы в сочетании с канавами следующих размеров: глубина канавы 0,5--1 м, ширина канавы поверху 2--4 м, высота вала 0,4--0,7 м, ширина вала у основания 2,2--4,3 м. Ступенчатые перепады и быстротоки используются для прекращения роста активно действующих оврагов. Перепады и быстротоки в основном строят из сборного железобетона, реже из монолитного бетона или других материалов. При закреплении оврагов с небольшой высотой у вершины обычно применяют одноступенчатые или многоступенчатые перепады. При глубине вершинного обрыва 1--3 м хороший эффект достигается при сооружении одно-двухступенчатых перепадов, а при большей глубине -- многоступенчатых перепадов или быстротоков. При закреплении оврагов с перепадом высот более 5--7 м чаще всего используют быстротоки различной конструкции (открытые, трубчатые, наклонные и висячие). 2. Для прекращения роста оврагов в глубину применяют поперечные запруды и плотины (бетонные, каменные, земляные, фашинные и плетневые). В запрудах устраивают водосливные отверстия в виде трапецевидных вырезов, рассчитанных на пропуск максимального расхода ливневых и паводковых вод. Пространство вблизи запруды, выше и ниже ее, мостят камнем. В дальнейшем проводят облесение. 3. Для укрепления откосов и предупреждения роста оврагов в ширину используют подпорные стенки. К лесомелиоративным мероприятиям в борьбе с овражной эрозией относятся закладка приовражных лесополос, сплошное облесение склонов и дна оврагов. Классификация оврагов по их местоположению в рельефе с выделением трех типов (вершинные, береговые, донные) достаточно полно отражает различный характер формирования концентрированного стока, а в связи с этим определяет принципиальные особенности основных приемов по борьбе с ними. Борьба с береговыми оврагами должна быть направлена в первую очередь на ликвидацию последствий хозяйственной деятельности человека, приведшей к созданию на поверхности искусственных рубежей, которые обусловили усиленный концентрированный сток на ранее не расположенных к размыву участках. инженерная геология сейсмическая зона

Многообразие причин образования береговых оврагов определяет и большое количество приемов борьбы с ними. В первую очередь необходима правильная противоэрозионная организация территории, при которой особое внимание следует уделить проектированию линейных рубежей, правильному размещению на местности границ угодий, полей, лесных полос и особенно дорог, а также выбору мест для безопасного сброса с сельскохозяйственных угодий концентрированных потоков талых и дождевых вод. Основная цель мероприятий, применяемых для борьбы с береговыми оврагами на водосборной площади, -- это максимальное задержание стока и повышение накопления влаги в почве. Эту роль выполняет комплекс агротехнических, луголесомелиоративных и гидротехнических мероприятий. Для предупреждения возникновения береговых оврагов на эрозионнопасных участках, являющимися собственным естественным водосбором оврага, с успехом применяют приовражные и прибалочные лесные полосы в сочетании с водозадерживающими гидротехническими сооружениями. При концентрации стока у профилированных дорог (шоссейных, железнодорожных насыпей и т.д.) в населенных пунктах и около промышленных объектов, где овраги грозят разрушением дорогостоящих объектов, гидротехнические сооружения водосборного типа необходимы, так как позволяют быстро прекратить рост оврагов. Но в данном случае эффективность, надежность их во многом определяется мероприятиями по регулированию стока на участках его формирования. Последующее облесение оврагов еще больше закрепляет их; кроме того, лес является одним из видов хозяйственного использования овражных площадей. Мероприятия по борьбе с вершинными оврагами должны быть направлены на максимальное задержание стока на водосборе, поскольку они развиваются в результате размывающего действия потоков, концентрирующихся в естественных понижениях рельефа (водоподводящих ложбинах) на площади естественного водосбора собирающего типа. Концентрация стока здесь происходит регулярно и достигает незначительных размеров. Искусственные рубежи на таком водосборе влияют на величину стока незначительно. Не задержанная на водосборе и достигшая вершины оврага часть стока должна быть задержана гидротехническими сооружениями (водозадерживающие валы и канавы) или отведена водоотводящими валами-канавами в места сброса, безопасные в отношении размыва. Гидротехнические сооружения на участках с вершинными оврагами действуют наиболее эффективно, так как сток с естественных водосборов наблюдается, как правило, ежегодно. При безопасном сбросе части стока в овраг (лотки, быстротоки) внутри него устраиваются донные запруды, перепады, подпорные стенки и т.д., чтобы предотвратить возможный размыв русел и подмыв откосов.

Эффективность действия гидротехнических сооружений значительно повышается при сочетании их с лесомелиоративными насаждениями. Борьба с донными оврагами наиболее сложна. Такие овраги часто имеют водосборные площади, полностью задержать сток с которых не представляется возможным. Кроме того, невозможно проводить работы по задержанию стекающих вод с помощью гидротехнических сооружений непосредственно перед его вершиной. Водорегулирующие мероприятия агротехнического порядка на водосборе, задержание стока перед устойчивой главной вершиной материнской формы могут снизить интенсивность роста донного оврага, но не прекратить его. Овражная вершина может разрушаться стоком, формирующимся в пределах самой материнской формы (балка, лощина) и на ее боковых водосборах. В зависимости от интенсивности развития донного оврага и хозяйственной ценности территории применяется широкий набор гидротехнических водосборных и донных сооружений как простейших (фашинных, плетневых), так и более сложных (из кирпича, железобетона и т.д.). Сооружения по дну оврага способствуют прекращению размыва дна, откосов и задержанию наносов. Чаще всего донные сооружения располагают на размываемых участках, т.е. в вершинной и средней частях русла оврага. Для закрепления дна оврагов рекомендуются в основном запруды (бетонные, каменные, каменно-земляные, земляные, фашинные, плетневые), которые устраивают поперек оврагов. Расстояние между соседними запрудами зависит от уклона русла (дна) оврага и высоты самих запруд. При благоприятном сложении почвогрунтов эффективно строительство прудов. Кроме рассмотренных мероприятий по борьбе с оврагами, в 1950-е годы начали проводиться работы по их выполаживанию. Учитывая опыт работ по борьбе с ними, можно рекомендовать для коренной мелиорации следующие овраги. 1. Береговые и склоновые "висячие" длиной до 400 м, максимальной глубиной до 6 м, объемом вынесенного грунта до 15 тыс. м³, расположенные на склонах с максимальной крутизной 15 градусов, повреждающие земли сельскохозяйственных угодий с водосборной площадью менее 56--10 га. 2. Береговые и вершинные с аналогичными параметрами, но соединившиеся с донными оврагами при условии устройства гидротехнического сооружения (подпорной стенки и т.д.) в месте соединения устья с руслом донного оврага. 3. Донные овраги коренной мелиорации подвергать не рекомендуется. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что затраты на закрепление оврагов и освоение разрушенных ими земель окупается быстрее, когда овраги не достигли крупных размеров. В целом закрепление, выполаживание и засыпка оврагов помимо чисто хозяйственного эффекта, имеют огромное экологическое и эстетическое значение.

Вопрос № 5. Межпластовые подземные воды

Межпластовые подземные воды залегают между двумя водоупорными слоями, из которых один -- нижний -- является водонепроницаемым ложем, а другой -- верхний -- водонепроницаемой кровлей. Глубина залегания межпластовых вод колеблется от десятков и сотен до тысячи метров и более. Наличие водонепроницаемой кровли препятствует попаданию воды в межпластовые слои из расположенных выше горизонтов. Пополнение межпластовых вод может происходить лишь в местах выклинивания водоносного горизонта на поверхность. Обычно зоны питания залегают на значительном (сотни километров) расстоянии от места водозабора. Чем больше это расстояние, тем надежнее защита межпластовых вод от поступления загрязнений с поверхности. Добыча межпластовых вод производится через буровые скважины.

В зависимости от условий залегания межпластовые воды могут быть напорными или ненапорными. Чаще всего межпластовая вода заполняет всю толщу водосодержащей породы (песчаной, гравелистой или трещиноватой) между водоупорными слоями. При этом давление, под которым находится вода в водоносном слое, становится выше атмосферного. Если прорезать водонепроницаемую кровлю скважиной, то благодаря чрезмерному давлению вода в ней поднимается, а иногда даже выливается на поверхность в виде фонтана. Такая межпластовая вода называется напорной, или артезианской1, а уровень, на который она поднимается в скважине самотеком, называется статическим. Ненапорные межпластовые воды не способны подниматься самостоятельно, их статический уровень в скважине соответствует глубине залегания.

Условия формирования и залегания (наличие водоупорного перекрытия, большое расстояние от мест выклинивания, значительная глубина залегания) определяют главную особенность межпластовых вод -- постоянство количественных и качественных характеристик. Именно постоянство физических свойств и химического состава является важнейшими показателями санитарной надежности межпластового водоносного слоя. Какие-либо изменения хотя бы одного из показателей качества межпластовой воды являются сигналом о поступлении в ее слой воды из размещенных выше горизонтов, то есть сигналом о возможном загрязнении.

Вопрос № 6. Бурение скважин

Бурение -- процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники -- бурового оборудования.

Бурение скважин -- это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр "D" которой мал по сравнению с её длиной по стволу "H", без доступа человека на забой. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно -- забоем, а стенки скважины образуют ее ствол.

Скважина - цилиндрическая горная выработка, имеющая длину во много раз больше диаметра, сооружаемая без доступа в нее человека.

Основные понятия скважины:

-устье скважины - место на поверхности земли, с которой началось бурение скважины.

-ось скважины - воображаемая линия, проходящая через условные центры поперечных сечений скважины.

-стенка скважины - боковая поверхность скважины.

-забой - поверхность дна скважины, по которой происходит разрушение горной породы буровым инструментом в процессе углубления скважины.

-ствол скважины - пространство в массиве горных пород, ограниченное контурами скважины, т.е. ее устьем, стенкой и забоем. Имеет условно цилиндрическую форму.

-глубина скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по вертикали.

-длина ствола скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по оси скважины.

По назначению скважины классифицируются:

1)Опорные скважины - для изучения геологического строения и условий залегания горных пород.

2)Параметрические скважины - для более детального изучения геологического строения разреза месторождения, для уточнения стратиграфического разреза.

3)Структурные скважины - для тщательного изучения структур и подготовки проекта поисково-разведочного бурения.

4)Поисковые скважины - для поиска новых залежей на открытых ранее месторождениях и для открытия новых месторождений.

5)Разведочные скважины - для оконтуривания месторождений с установленной промышленной нефтегазоносностью, сбора данных для проектирования разработки месторождения, исследования разреза и нефтегазоносности.

6)Эксплуатационные скважины - для добычи и организации эффективной разработки разведанного месторождения.