Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра оснований, фундаментов и инженерной геологии

Реферат

«Суффозия. Типы. Методы борьбы»

Климина Е.Б.,

1 курс, 2002 гр.

г. Нижний Новгород, 2021

Оглавление

• Введение
• 1. Суффозия. Суффозионные процессы
• 2. Типы
• 3. Негативные воздействия суффозии на объекты промышленного и гражданского строительства
• 4. Оценка риска
• 5. Методы борьбы и приемы в строительстве
• Заключение


Введение

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.

Один из таких процессов - суффозия грунта. При фильтрации подземные воды совершают разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их мелкие частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок. Этот процесс выноса частиц и его последствия называют суффозией.

Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений, провалы грунта и проседание вышележащей толщи, а также образование отрицательных форм рельефа на территории застройки и прилегающих территориях. Поэтому так важно знать мероприятия для предотвращения и борьбы с этими явлениями.

1. Суффозия. Суффозионные процессы

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 геологических процессов, связанных именно с техногенным воздействием.

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.

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.

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.

2. Типы

Различают два вида суффозии - механическую и химическую. При механической фильтрующаяся вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы (глинистые, пылеватые, песчаные), при химической вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения. При одновременном действии этих двух видов суффозии иногда применяют термин «химико-механическая суффозия». Такая суффозия может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное цементирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы. Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышение величины некоторой критической скорости воды. Это вызывает отрыв и вынос частиц во взвешенном состоянии. Взвешивание частиц происходит при критическом напоре, который можно определить по формуле:

Где - плотность породы (песка); - пористость породы, доли единицы. Гидродинамическое давление, г/см3, действующее по касательной к депрессионной кривой дренируемого потока, определяют по формуле:

где - плотность воды; n - пористость, доли единицы; I - гидравлический уклон (градиент).

Суффозия наиболее свойственна гранулометрически неоднородным породам. Процесс механической суффозии в разнозернистом песке происходит следующим образом. Песок состоит из частиц различного размера - больших и малых. Большие частицы создают структурный каркас породы. Поры достаточно велики и через них под действием фильтрующейся воды свободно проходят мелкие частицы (глинистые, пылеватые). Суффозия в таких песках возникает с момента появления критического напора .

Суффозия может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли. В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного слоя. Это приводит к изменению состава пород и образованию подземных каналов. В глубине массива суффозия может возникать также на контакте двух слоев, различных по составу и пористости. При этом мелкие частицы одной породы потоком воды переносятся в поры другой породы. При суффозии на контакте между слоями иногда формируются своеобразные прослои или вымываются пустоты. Это можно наблюдать на контакте глинистых и песчаных слоев, когда соотношение коэффициентов фильтрации этих пород больше 2.

Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется также вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий - формировании воронок депрессии, колебаниях уровня подземных и поверхностных вод, откачках, дренировании. Суффозионные процессы часто возникают на склонах речных долин и откосах котлованов и берегах водохранилищ при быстром спаде паводковых вод или сбросе лишних вод, в местах выхода на поверхность грунтовых вод, на орошаемых территориях.

В откосах строительных выемок суффозионный вынос частиц приводит к оседанию поверхности, образованию провалов, воронок, оползней.

В Нижегородской области основными растворимыми породами являются карбонатные (известняки, доломиты, реже мергели) и сульфатные (гипсы, ангидриты) породы. Хлоридные породы (хлоридный или соляной карст) на территории Нижегородской области залегают на больших глубинах (более 450 м) и, как правило, не оказывают практического влияния на условия строительства. Карстово-суффозионные породы на территории Нижегородской области залегают, как правило, на глубинах от 5 м до 70-80 м. Вследствие этого карст на земной поверхности и в основании сооружений проявляется преимущественно в центральной, юго-западной и западной частях Нижегородской области, что указано на карте развития карстовых (карстово-суффозионных) процессов. Карбонатный карст распространён преимущественно на юге области - Первомайский, Дивеевский и Вознесенский районы, г. Саров и др., карбонатно-сульфатный карст - в центральной её части - заречная часть г. Нижнего Новгорода, г. Дзержинск, Павловский, Арзамасский районы и др. Сульфатный карст имеет ограниченное распространение - г. Дзержинск, г. Павлово.

3. Негативные воздействия суффозии на объекты промышленного и гражданского строительства

Суффозия представляет собой широко распространенный и опасный для строительства экзогенный геологический процесс. В результате суффозионного разрушения горных пород ухудшаются их прочностные и деформационные характеристики, а также увеличивается проницаемость. Когда испытавшие суффозионное разрушение породы находятся в зоне взаимодействия с каким-либо инженерным сооружением, это может привести к его деформированию.

Еще большая опасность - такие суффозионные проявления, как оползни, оседания и провалы, если они непосредственно контактируют с неподготовленными к этому конструктивными элементами зданий и сооружений. Применительно к суффозии можно говорить о принципиальной возможности если не всех, то подавляющего большинства известных деформационных воздействий на сооружения, возводимые в сложных инженерно-геологических условиях.

При проектировании, строительстве и эксплуатации объектов необходимо учитывать возможность их взаимодействий с суффозионными процессами. Здесь могут наблюдаться четыре ситуации: влияние на объект суффозии природного происхождения; взаимовлияние объекта и техногенной суффозии, обусловленной его функционированием; взаимовлияние объекта и техногенной суффозии, вызванной функционированием другого объекта; влияние объекта на суффозию, не вызывающее ответной реакции для этого и для других объектов. Легче всего предусмотреть первую из перечисленных ситуаций, труднее - третью, а цель проектирования - создание четвертой.

1 - очень низкая опасность, не накладывающая ограничений на строительство; 2 - низкая опасность, требующая незначительного удорожания строительства; 3 - средняя опасность со значительным удорожанием строительства; 4 - высокая опасность, делающая строительство проблематичным

Рис. 1. Количественные критерии оценки существующей суффозионной опасности для строительства объектов промышленного и гражданского назначения

суффозия подземный грунт

Взаимодействие суффозионных процессов с объектами промышленного и гражданского строительства нередко приводит к серьезному ущербу и даже к катастрофическим последствиям. Так причиной схода грунта на Похвалинском съезде в Нижнем Новгороде мог стать прорыв водопровода в подвале расселенного дома на улице Чернышевского.

Несмотря на приведенные выше и другие известные факты, есть все основания полагать, что основной ущерб, обусловленный суффозией, связан не столько с крупными авариями и катастрофами, сколько с практически постоянными или периодически повторяющимися мелкомасштабными негативными воздействиями техногенных суффозионных процессов на объекты, например с разрушением асфальтовых покрытий.

Необходимо также отметить одно парадоксальное обстоятельство: суффозия нередко представляет собой побочный результат применения мероприятий по защите от других экзогенных геологических процессов. Естественно, при этом снижается эффективность инженерной защиты, и возникают новые непредвиденные проблемы. К сожалению, довольно часто встречаются сопровождаемый провалообразованием суффозионный вынос пород в поврежденные противооползневые дренажные штольни и подземная эрозия, активно развивающаяся на контакте пород с конструктивными элементами берегозащитных сооружений и приводящая к их разрушению. Отмечается также образование суффозионных полостей и провалов при замачивании лессовых пород, используемом в качестве противопросадочного мероприятия, и формирование устойчивых суффозионных каналов в цементном камне, заполняющем карстовые полости.

Оценить суффозионную опасность можно на основе информации о поверхностных проявлениях суффозии. Для этого вполне приемлемы некоторые принципы, применяемые в инженерном карстоведении. На рис. 1 представлена основанная на одном из таких принципов схема для ориентировочной оценки суффозионной опасности в тех случаях, когда имеются данные о поверхностных суффозионных проявлениях.

4. Оценка риска

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.

При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что при малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды, при повышении давления начинается суффозия. Для выявления этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии. Эту работу проводят в лабораторных и полевых условиях.

При проектировании объектов необходимо установить возможность проявления суффозионной осадки, определять величину и характер протекания суффозионной осадки. При этом следует определять всю суммарную величину вертикальной деформации засоленного основания, которая складывается из осадки, вызванной уплотнением. грунтов от нагрузки объектов и суффозионной осадки.

Как правило, оценивают:

1. Расположение объекта

Для соответствующего региона проводится 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 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 нагрузки объектов и суффозионной осадки.

При прогнозе величины суффозионной осадки следует также учитывать:

* в глинистых грунтах с содержанием глинистых частиц более 40% осадка практически не проявляется;

* наибольшая осадка наблюдается при высокой засоленности и большой пористости грунтов;

* величина и характер протекания осадки во времени во многом зависят от химического состава фильтрующейся в грунте воды.

Величина суффозионной осадки определяется по результатам полевых испытаний засоленных грунтов статической нагрузкой (штампом) после длительного замачивания.

5. Методы борьбы и приемы в строительстве

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.

Строительство на суффозионных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по своим строительным нормам и правилам. При возведении объектов используются различные приемы строительства:

· прорезка фундаментами зданий слоя суффозионного грунта;

· водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод;

· прекращение фильтрации подземной воды устройством дренажей и непроницаемых завес;

· отсыпка на основании грунтовых подушек из песка или суглинков;

· предпостроечное рассоление и уплотнение грунтового основания;

· искусственное закрепление массива грунта методами технической мелиорации (кроме крупнообломочных грунтов, обладающих высокой фильтрационной способностью).

Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

суффозия подземный грунт

На картинке показан Почаинский овраг. Для того чтобы этот овраг не размывался и не продолжались оползневые явления, река Почаина заключена в трубу. Также проводятся различные инженерные мероприятия: уполаживание склонов, устройство водосборных коллекторов и водоотводящие дорожки.

Заключение

В заключении хочу сказать, что стоит изначально постараться предотвратить это геологическое явление, предусмотреть риски и оценить местность, перед тем как возводить какой-либо объект. Для этого изысканиях на этих территориях необходимо руководствоваться нормативными и методическими документами. Перед началом инженерно-геологических изысканий на закарстованных территориях Нижегородской области следует определиться с региональным положением изучаемой территории по Схеме развития опасных карстово-суффозионных процессов Нижегородской области и типом геологического разреза на изучаемой территории.

Инженерные изыскания на суффозионных территориях для целей строительства и эксплуатации зданий и сооружений требуют специальных знаний в области инженерного карстоведения, инженерной геологии, гидрогеологии, геофизики, фундаментостроения, теории сооружений и других видов инженерно-строительной деятельности. Эти изыскания должны включать геологический и геоморфологический анализы района проектирования, включая интерпретацию космо- и аэрофотоснимков, геофизические и лабораторные исследования, бурение скважин и т.д. Поэтому для проведения инженерных изысканий с целью оценки (прогноза) карстово-суффозионной опасности и определения способов и параметров противосуфозионной защиты, необходимо привлекать организации, которые имеют в своем составе соответствующих специалистов, необходимое оборудование и лицензии на проведение инженерно-геологических изысканий в сложных природных условиях

Так как устранение последствий требует не только проведения технологически сложных и дорогостоящих работ, но и опасно для жизни человека в целом. Поэтому так важно понимать сам процесс возникновения суффозии, хорошо знать меры по борьбе и предотвращении его возникновения.

Список использованной литературы

1. Хромова Т.С. Учебная геологическая практика [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Т.С. Хромова, Э.Г. Рудченко, Д.И. Зотов, Е.Н. Зотова; Нижегор.гос. архитектур. - строит. ун - т - Н. Новгород: ННГАСУ, 2016.

2. Гвоздецкий Н.А. Проблемы изучения карста и практика. М., Мысль, 1972.

3. Соколов Д.С. Основные условия развития карста. - М.: Госгеолтехиздат.1962.

4. Рычагов Г.И. Общая геоморфология. - М., Издат. МГУ, 2006, - 416с

5. Хоменко В.П. Оценка суффозионной опасности // Пром. и гражд. стр.-во. 1996. №8.

6. Метелюк Н.С. Совершенствование расчета сооружений, возводимых в сложных грунтовых условиях. Киев: Будивельник, 1980.

7. Тихвинский И.О. Оценка и прогноз устойчивости оползневых склонов. М.: Наука, 1988.

Размещено на Allbest.ru