Бесплатный фрагмент - Инженерная геология

Кимкина В. М.

«Инженерная геология»

УМП предназначено для студентов _II — IV_ курса СУЗов и ВУЗов. Оно содержит основные материалы теоретического и практического курса по дисциплине «Инженерная геология» и состоит из 3-х разделов, а также содержит контрольные вопросы и задания по курсу. Сведения наиболее полно систематизированы и конкретизированы. Благодаря четким определениям основных понятий, их признаков и особенностей студент может сформулировать ответ, за короткий срок усвоить и переработать важную часть информации, успешно сдать экзамен. УМП будет полезно не только студентам, но и преподавателям при подготовке и проведении занятий.

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
ВВЕДЕНИЕ

Как показывает опыт строительства, для каждого сооружения необходимо детальное геологическое исследование (изыскание горных пород) с целью обследования данного участка для строительства. Недоработка этих исследований может привести к следующим ситуациям, которые могут вызвать аварию сооружений:

Аварийные ситуации:

Уплотнение горных пород под действием веса сооружения осадка фундамента в связи с этим;

Уплотнение водонасыщенных горных пород, в результате растворения легко растворимых солеей в составе горных пород подземными водами (просадка);

Чрезмерное давление сооружения на породу, которое приводит к выпору пород из-под фундамента;

Влияние физико-геологических явлений и процессов (землетрясений, оползней, селей и др.).

В связи с этим инженерная геология должна решать задачи:

Изучить природную обстановку и свойства грунтов, влияющих на устойчивость сооружения (отсутствие геологических процессов);

Рассчитать конструкцию фундамента и его тип, обеспечивающий надежность сооружения, составить прогноз устойчивости сооружения на весь период его эксплуатации;

Изучить взаимное влияние сооружения и окружающей среды, изыскать наиболее рациональное размещение сооружения с учетом природной остановки;

Академик Саваренский определил инженерную геологию, как отрасль геологии, решающую задачи приложения геологии к строительному делу.

Можно выделить три раздела инженерной геологии:

Грунтоведение;

Инженерная геодинамика;

Методика инженерно-геологических исследований.

История развития инженерной геологии выделяет три этапа:

До ХХ века инженерно-геологические изыскания не велись. Строительство проводилось на сновании опыта.

Появляется геологическая документация. Рекомендации и выводы носят качественный характер.

Современный этап. После 40-х годов ХХ века в инженерной геологии стали примнется количественные методы прогнозов, что позволило строить дорогостоящие сооружения в сложных геологических условиях.

РАЗДЕЛ I. Основы грунтоведения

Грунтоведение — это раздел инженерной геологии, который изучает горные породы, как основание для будущих сооружений.

Можно выделить следующие задачи грунтоведения:

Классификация физико-механических свойств грунтов, изучение показателей этих свойств, выделение грунтов с одинаковыми свойствами (типизация);

Определение количественных показателей свойств грунтов;

Прогноз возможных физико-механических свойств грунтов в процессе эксплуатации сооружения и оценка влияния этих изменений на устойчивость сооружения;

Составление программы улучшения свойств грунтов (технической мелиорации);

Региональное изучение территории, с целью выбора районов первоочередного строительства.

Формирование физико-механических свойств грунтов

Литогенез горных пород. Понятие о генезисе.

Генезис горных пород — это их происхождение, образование.

Литогенезом называется процесс образования горных пород и все изменения, которые привели ее в современный вид.

По генезису породы разделяются на магматические, метаморфические и осадочные.

Магматической называется порода, возникшая из расплавленной магмы. При тектонических движениях земной коры, магма может подняться на поверхность Земли, при этом образуются два типа пород: интрузивные (образуются в земной коре) и эффузивные (излившиеся на поверхность, где в результате быстрого остывания становятся более рыхлыми и непрочными чем интрузивные).

Метаморфические породы образуются на глубине 10—15 км под действие высоких температур и давления из пород магматического и осадочного происхождения. В результате образуется слоистая порода, при этом свойства метаморфических пород, образованных из магматических, как правило, ухудшаются, из осадочных — улучшаются.

Литогенез всех пород проходит по плану:

генезис;

диагенез — преобразование породы под действием внешних условий;

метаморфизм — преобразование породы на большой глубине под действие большого давления и температуры;

выветривание.

Литогенез осадочных горных пород

Литогенез осадочных горных пород можно рассмотреть применительно к данной схеме следующим образом:

Генезис осадочных пород называется седиментогенез (осадконакопление), который можно представить в виде следующих этапов:

Выветривание скальных пород и образование продуктов выветривания.

Транспортировка продуктов выветривания, во время которого частицы сортируются, дробятся.

Накопление продуктов выветривания на дне водоемов.

Диагенез (осадконакопление) осадочных горных пород тоже происходит в три этапа:

накопление и предварительное уплотнение осадка (ранний диагенез);

собственно диагенез — это дальнейшее уплотнение осадка, его литификация за счет дегидратации и перекристаллизации;

катагенез (поздний диагенез) — это преобразование химической структуры осадка под действием химических реакций.

Метаморфизм — под действием тектонических движений порода может опустится в зону метаморфии, где под действием температуры и давления преобразуется в слоистую структуру;

В результате обратных тектонических движений порода может попасть в зону выветривания, где разрушается под действием солнца, температуры и воды.

Генетические типы четвертичных пород

Элювиальные грунты — образуются как продукт выветривания коренных пород. Они обладают неоднородностью состава и часто подлежат удалению при строительстве. В зависимости от состава породы (глина, известковая масса) образуются сланцы, глины, известняки.

Делювиальные грунты — образуются в результате смыва с водораздела или верхней части склона более легких компонентов грунта (глинистые и пылеватые частицы, мелкий песок). Делювиальные грунты — глинистые, неоднородные по составу, часто бывают обводнены и недостаточно устойчивы.

Коллювиальные грунты — образуются в результате склоновых гравитационных процессов, их мощность невелика.

Пролювиальные грунты — образуются в результате смыва и переноса поверхностных отложений временными дождевыми и снеговыми потоками.

Аллювиальные грунты — представляют собой продукт переноса и отложения наносов рекой. Их состав и свойства различны для горных и равнинных рек. Аллювий горных рек, как правило, состоит из валунно-галечникового хорошо окатанного и отсортированного материала.

Грунты ледникового происхождения — бывают геолого-генетических разновидностей: моренные, водно- и озерно-ледниковые.

Озерно-болотные отложения относятся к биогенным и представлены торфом, сапропелем, заторфованным болотным мергелем. Общей чертой этих грунтов является их высокая влажность, большая влагоемкость и малая несущая способность.

Грунты эолового происхождения. К ним относятся барханные пески пустынь, дюнные пески побережий озер и морей и некоторые виды лессовых отложений. Все эти грунты характеризуются невысокой связью, легким или пылеватым гранулометрическим составом, большой однородностью, а пески — хорошей отсортированностью.

Грунты морского и лагунного происхождения возникли в результате аккумуляции осадков. Характерными грунтами здесь являются глины, суглинки, илы с прослойками солей.

Составные части грунтов

В естественном виде грунты представляют собой трех фазную систему, состоящую из жидкой, твердой и газообразной фазы, которая изучается по направлениям: минеральный состав, гранулометрический состав, структура.

Минеральный состав грунтов

По минеральному составу грунты можно разделить на группы:

Группа — первичные минералы нерастворимы в в оде;

Группа — вторичные минералы нерастворимые в воде;

Группа — вторичные минералы растворимы в воде;

Группа — органические и органоминеральные соединения.

К первичным минералам относятся минералы материнских магматических пород с неизмененным химическим составом.

Вторичные минералы получаются из них путем химических преобразований, происходящих в процессе диагенеза при условии наличия мельчайших частиц породы, они имеют более слабые химические связи и поэтому химически более агрессивны.

Минералы первой группы (кварц, полевые шпаты, роговая обманка) в общем виде имеют большие размеры частиц, следовательно высокую водопроводимость, высокие механические качества (щебень, галька, гравий, песок).

Вторая группа минералов представляет глинистые грунты, состоящие из вторичных минералов скальных пород после химических преобразований. Общие свойства: высокая гигроскопичность, пластичность, химическая агрессивность.

По эти и другим признакам минералы этой группы делятся на 3 вида:

Монтмориллононит (инколлоидные глины);

Иллит (гидрослюды;

Каолининит.

Минералы I группы имеют темную окраску (Са, Mg, Fe) и имеют пакетное строение кристаллической решетки, причем расстояние ионами внутри пакета меньше, чем между пакетами, куда и проникают молекулы воды, раздвигая эти слои, что приводит к набуханию грунта.

Минералы группы каолинита. Сюда входят: каолинит, галлаузит, диккит и накрит. Характерными для минералов этой группы является одинаковый химический сосав, прочная и относительно малоподвижная кристаллическая решетка, небольшое набухание при увлажнении и невысокая обменная способность.

Минералы группы монтмориллонита. К этой группе относятся монтмориллонит,, нонтронит и др. Разновидности отличаются составом катионов в кристаллической решетке. Особенностью строения кристаллической решетки монтмориллонита является более слабая связь между пактами, что обуславливает значительно большую гидрофильность и набухаемость монтмориллонита по сравнению с каолинитом.

Гидрослюды. В группу гидрослюд входят продукты различной степени гидратации слюд (илит, глауконит, гидромусковит, гидробиотит и др).

Минералы этой группы отличаются от двух предыдущих изменчивостью химического состава и по своим свойствам занимают промежуточное положение между группами каолинита и монтмориллонита.

К минералам III группы относятся водорастворимые соли — хлориды, сульфаты, карбонаты.

В песчано-глинистых грунтах упомянутые выше минералы могут встречаться в виде хорошо-, средне- или слаборастворимых солей, находящихся в виде прослоев, пропластков, стяжений, конкреций или рассеянных по всему объему грунта.

В случае, если в грунте содержится более 0,3% растворимых солей, то грунт считается засоленным.

К IV группе относятся органические и органоминеральные соединения, часто встречающиеся в грунтах, находящихся в условиях избыточной влажности (озерно-болотные, пойменные, старичные, лиманные).

Органические остатки, встречающиеся в грунтах, в большинстве случаев растительного происхождения. Они присутствуют в виде примесей, прослойков, примазок.

Органические вещества существенно влияют на физико-механические свойства песчано-глинистых грунтов, придавая им большую гидрофильность, которая обуславливает их высокую влагоемкость, пластичность, липкость, набухание, большую сжимаемость, малую прочность и низкую несущую способность, замедленное размокание и большую длительность осадки грунта под нагрузкой.

Коллоидные свойства глинистых частиц

Было установлено строение глинистой частицы, в центре ее находится минеральная частица, имеющая заряд. Вокруг нее формируется слой прочно связанной воды в виде диполей.

Глинистая частица, свободная от прочно связанной воды называется ядром.

При наличии слоя прочно связанной воды она называется гранулой, а сам слой называется адсорбированным. Вокруг адсорбированного слоя формируется второй неплотный слой диполей воды, который называется диффузионный слой, а частица вместе с диффузионным слоем имеет завершенный вид и называется мицелла.

Несколько глинистых частиц, подходя близко друг к другу могут взаимодействовать, образуя единый диффузионный слой, в результате чего образуется агрегат, который по мере вовлечения других частиц увеличивается в объеме и, в конце концов, выпадает в осадок.

В связи с этим рассматривают свойства глинистых частиц:

коллоидной частицей — называется частица, способная находиться длительное время во взвешенном состоянии;

коагуляция — это процесс образования агрегатов коллоидных частиц и выпадение их в осадок. Различают электролитную, механическую и тепловую коагуляцию;

пептизация — процесс, обратный коагуляции, т.е. процесс перехода осадка в коллоидный раствор, в результате разрушения агрегатов частиц под действием встряхивания или других причин;

адсорбция — способность втягивать и удерживать в себе воду глинистыми частицами.

Перечисленные свойства характерны для глинистых коллоидных растворов, но подобный механизм свойственен водонасыщенным глинистым грунтам, в связи с этим различают следующее состояние грунтов: золь и гель.

Золь — разжиженное состояние грунтов, в результате нарушения коллоидных связей.

Гель — это более плотное состояние глинистых грунтов в результате коагуляции частиц и образования агрегатов.

Рассматривают процесс тиксотропии — процесс перехода глинистого грунта из геля в золь, в результате чего несущая способность грунта уменьшается во много раз. Тиксотропия происходит под действием другого воздействия при избыточной влажности грунта.

Структура и текстура грунтов

Под структурой понимается совокупность признаков:

Размер, форма, характер поверхности частиц и агрегатов;

Взаимное расположение между частицами и агрегатами;

Наличие и характер внутренних структурных связей между частицами и агрегатами.

Под агрегатами понимаются образования состоящие из многих частиц, сцементированными различными структурными связями.

Структура формируется в процессе литогенеза (например, для скальных пород, равномерно-зернистая, пористая и т.д.).

В природе существуют следующие основные структуры (микроструктуры) осадочных пород, выделенные по 1 структурному признаку — размеру частиц:

Пелитовая — образованная глинистыми частицами 0,0005 <O <00,05 <0,005 мм.

Алевритовая — образованная пылеватыми частицами 0,0005 <O <00,05 мм;

Псаммопилитовая структура — образованная песчаными частицами 0,05 <O <2 мм;

Псефитовая структура — для крупнообломочных грунтов O> 2 мм.

На практике встречаются комбинации указанных структур, названия определяются в соответствии с представительством каждой структуры.

По первому структурному признаку (по характеру поверхности) различают брекчевидную (угловатую, неокатанную) и конгломератовидную (окатанную) структуры.

Образование агрегатов возможно при наличии структурных связей, которые формируются в процессе диагенеза.

За счет образования агрегатов с помощью коллоидного и карбонатного цемента, возможно образование трех видов агрегатов (структур).

Макро структуры (комковая, глыбовая, ореховидная и т.д.) — характеризуется размером агрегатов;

Мезо структуры — образуются отсортирования легко растворимых солей в агрегатах глинистых и пылеватых грунтов.

Различают типы мезо структур: агрегатная (склонная к просадке) структура и комковая и т. д.

По второму структурному признаку (взаимному расположению частиц и агрегатов) можно выделить виды структур: раздельно-зернистая (рыхлая) и раздельно-зернистая (плотная).

Текстура — это совокупность признаков, характеризующих неоднородность породы в пласте, определяется взаимным расположением и соотношением участков породы разного минерального состава и структуры.

Типы структур песчано-глинистых грунтов связные с:

условиями отложения: слоистые (тонко, толсто, косо и неправильно слоистые, ленточная, линзовидная) и массивные;

диагенетическими изменениями: массивная, макропористая;

процессами метаморфизма — сланцеватые;

высыханием осадка — сетчатые;

оползневыми явлениями — плойчатые;

эоловыми явлениями — гребенчатая и кавернозная;

суффозными явлениями — дырчатая, правильная.

Под текстурой грунтов следует понимать совокупность признаков, характеризующих неоднородность сложения грунтовой толщи в пласте, т. е. неоднородность в расположении структурных и механических элементов в отдельных пластах грунта.

Основные типы текстуры грунтов

а — слоистая (ленточная); б — порфировая; в — ячеистая; г — слитная

Текстура грунтов обязана своим происхождением как условиям образования грунтовых отложений, например периодичности осаждения частиц в текучей и спокойной воде, так и последующим изменениям в величине и направлении внешнего давления. Различают следующие основные виды текстуры грунтовых толщ: слоистая, порфировая, ячеистая и слитная.

Наиболее распространены слоистые текстуры грунтов, среди которых можно различать ленточное сложение (например, в тонкослойных озерно-ледниковых отложениях с перемежающимися тонкими глинистыми и песчаными слоями), косослойное сложение, наблюдаемое в некоторых видах мелководных морских отложений, и сланцеватое в глинистых и илистых грунтах, подвергавшихся в геологическом прошлом значительным давлениям с частичной цементацией. Ярко выраженная слоистая текстура грунтов и все ее разновидности делают грунты анизотропными, т. е. физические свойства таких грунтов (например, водопроницаемость, сопротивление сдвигу, упругость и пр.) будут резко различны в различных направлениях.

В грунтах порфировой текстуры обе составляющие (грубозернистый материал и дисперсный — глинистый) участвуют в общем сопротивлении грунта действию внешних сил, но такие свойства, как сжимаемость, водопроницаемость, сопротивление сдвигу и упругость грунтов, будут зависеть главным образом от свойств мелкодисперсного материала, в который включены крупные обломки горных пород.

Ячеистая текстура характерна для некоторых видов засоленных, а также для дисперсных мерзлых грунтов, промерзание которых происходило в условиях неодностороннего охлаждения. Грунты ячеистой текстуры в различных направлениях, часто во взаимно-перпендикулярных, разделены на ряд отдельностей, промежутки между которыми заполнены одним из компонентов, составляющих грунт, например прослойками солей, льда и т. п., образуя подобие ячеек.

Наконец, слитной текстурой обладают некоторые древние глины и илы, подвергавшиеся в геологическом прошлом значительным давлениям, а также некоторые разновидности лессов и лессовидных суглинков, недоуплотненных, но сцементированных солями.

Контрольные вопросы:

Что следует считать грунтом?

Почему к грунтам относят в основном породы осадочного происхождения?

Назовите группы осадочных отложений, выделяемые по генезису и свойствам.

Кратко охарактеризуйте типы грунтов, различных по генезису.

Как подразделяются грунты оснований в соответствии с ГОСТом (номенклатура грунтов оснований)?

Что такое дисперсные грунты? Назовите составные их части.

Назовите четыре основные группы минералов, входящих в состав дисперсных грунтов и кратко охарактеризуйте их влияние на свойства грунтов.

Вода и воздух в грунтах.

Существуют следующие виды воды в грунтах:

Связанная вода:

физически связанная,

химически связанная,

капиллярная.

свободная вода;

вода в твердом состоянии;

Вода в газообразном состоянии в виде пара;

Связанная вода формирует физико-химические свойства грунтов.

Свободная вода является универсальным растворителем способствует образованию некоторых процессов, под действием напора и скорости движения (суффозия, фильтрация, оползни и т.д.)

Вода в твердом состоянии формирует специальные кристаллические процессы.

Академик Саваренский выделил следующие виды химически связанной воды:

Конституционная вода — входит в состав кристаллической решетки минералов в виде ионов Н+ и ОН-, удаляется только в результате разрушения кристаллической решетки (плавления) и необратимого изменения свойства грунтов;

Кристаллизационная вода — входит в состав кристаллической решетки в виде молекулы Н2О, удаляется при высоких температурах (ниже точки плавления), при этом получается минерал с другими свойствами;

Цеолитовая — входит в состав минералов в виде нейтральной молекулы, удаляется при температуре свыше 1050С, при этом изменяются свойства минералов.

Физически связанная вода связана с минералами молекулярными силами и формирует физические свойства грунтов.

Различают прочносвязанную, рыхлосвязанную и очень рыхлосвязанную воду.

Рыхлосвязанная вода формирует пластичные свойства грунтов, очень рыхлосвязанная — текучие свойства.

Под капиллярными силами следует понимать силу Лапаласа, возникающую при искривлении поверхности жидкости и поднимающую воду в тонких трубках-капиллярах. Различают: капиллярно-поднятую и капиллярно-подвешенную воду.

В первом случае капилляр-кайма достигает уровня грунтовых вод, поднимает воду на поверхность, где она испаряется, накапливая в почве соли, возникает засоление.

Во втором случае капилляры имеют положительный эффект, сохраняя воду после атмосферных осадков в верхнем слое.

Свободная вода существует в следующих видах:

Потоки подземных вод (под действием силы тяжести и давления);

Просачивающиеся воды;

Неподвижная вода.

Роль свободной воды:

Она является универсальным раствором;

Замерзая, вызывает морозное пучение и выветривание;

Изменяет консистенцию пород, оказывает влияние на физико-механические свойства;

Вызывает нежелательные природные процессы.

Инженерно-геологическая классификация грунтов.

Академик Саваренский выделил 5 групп грунтов:

Скальные твердые очень прочные практически несжимаемые (магматические породы, метаморфические и твердые осадочные).

Твердые относительно компактные достаточно прочные (выветренные породы 1 группы и слабо сцепленные осадочные породы).

Мягкие пластичные водонепроницаемые, физические свойства которых зависят от влажности (глинистые).

Рыхлые несвязанные дисперсные породы с высокой водопроводимостью (песчаные и крупнообломочные).

Мягкие очень слабые с большим количеством органических веществ (торф, ил).

Контрольные вопросы:

Приведите классификацию форм и видов воды в грунтах.

Охарактеризуйте виды и свойства связанной воды.

Покажите где размещается в грунте свободная, а где — связанная вода (нарисуйте схему).Какого происхождения газы, содержащихся в грунтах, и в каком состоянии они могут находиться?

Что такое газовая составляющая и от чего она может завесить?

Понятие показателей физико-механических свойств грунтов. Гранулометрический состав и физические свойства грунтов

Для характеристики свойств грунтов применяются количественные критерии, которые называются показателями. По назначению показатели делятся на классификационные и расчетные (косвенные и прямые).

Классификационные показатели используются на ранних стадиях исследований для классификации (типизации) пород, определяются в полевых условиях на простых приборах и приспособлениях. Это такие показатели, как цвет, блеск, твердость, пластичность.

Расчетные показатели предназначены для проведения расчетов с различными целями:

Косвенные расчетные показатели служат для проверки правильности проведения типизации расчетом и для вычисления прямых расчетных показателей;

Прямые расчетные показатели предназначены для вычисления конечных характеристик, определяющих устойчивость и надежность сооружений: осадки фундамента, просадки, несущей способности основания и т. д.

Все показатели можно условно разделить на группы:

Показатели физических свойств;

Показатели водно-физических свойств;

Показатели водных свойств;

Показатели механических свойств.

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав — это относительное содержание в грунте фракций различного размера. выраженное в процентах к массе абсолютно сухого грунта.

Фракция — это группа частиц определенного интервала размеров.

В природе осадочные грунты представлены следующими размерами фракций:

Крупно-обломочная фракция (валуны, галька, гравий) — от 200 до 2 мм

Песчаная — от 2—0,05 мм

Пылеватая — от 0,05—0,0005 мм

Глинистые частицы -? <0,005 мм

Песчаные фракции состоят, в основном, из обломков кварца, полевого шпата и других первичных минералов.

Пылеватые фракции также состоят из из более мелких первичных минералов.

Глинистые фракции состоят из вторичных минералов глинистого происхождения.

Описанные фракции являются основными 1,2 — называются обломочными, 3, 4 — дисперсными.

Гранулометрический состав применяется для решения вопросов:

Для оценки процессов суффозии грунтов, выбора отверстий фильтров водозаборных скважин;

Ориентировочное определение коэффициента фильтрации;

Оценка пригодности грунтов для строительных целей.

Методы определения гранулометрического состава грунтов

Различают следующие методы:

Ситовой метод (обломочные грунты);

Разделение грунта на фракции без промывки водой (при анализе чистых песков)

1. Взвешенную пробу пропустить через набор сит 10—0,5 мм. Сита собрать в колонну так, чтобы отверстия их уменьшались сверлу вниз (рис. 8). На верхнее сито надеть крышку У, а под нижнее подставить под-дон 2. Просеивание осуществлять с по-мощью легких боковых ударов ладонями и рук до полной сортировки частиц грунта.

2. Содержимое каждого сита, начиная с крупного, перенести в ступку и до-полнительно обработать резиновым пес-тиком, после чего вновь просеять сквозь то же сито над листом бумаги. Мелкие и частицы, которые пройдут через сито, пе-ренести на следующее сито и продол-жать обработку до тех пор, пока от грунта не перестанут отделяться мелкие частицы.

3. Содержимое каждого сита и поддона высыпать в предварительно взвешенные Рис. 8. Комплект сит для фарфоровые чашечки или часовые стекла гранулометрического ана- и взвесить. Результаты взвешивания вы-лиза разить с точностью до 0,1 г и записать в рабочий журнал.

4. Для контроля сложить массы отдельных фракций и сравнить полученную сумму с первоначальной массой взятого для анализа образца. Расхождением до 0,5% можно пренебречь.

Журнал ситового анализа

Образец №

Масса пробы

Описание образца. Песок мелкоаернистый, белый, кварцевый, с включениями отдельным аравийных верен кварца

Метод двойного отмучивания (пылеватые грунты);

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОМ ОТМУЧИВАНИЯ. Этот метод заключается в разделении грунта па фракции по скорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости. зависимость между скоростью падения частиц в воде и их размером установлена А. Н. Сабаниным и Дж. Стоксом. По исследованиям А. Н. Сабапина, зависимость между диаметром частиц и скоростью их падения в воде характеризуется следующими данными:

Диаметр частиц, мм 0,05 0,01 0,005 0,001

Скорость падения частиц в воде, мм/е 0,2 (1 см аа 5 с) 0,02 (1 см за 50 с) 0,0046 (1 см за 36 мин) 0,00012 (1 см за 2 ч 24 мин)

Скорость падения частиц в воде V по Стоксу, определяется формулой

υ=2/9 gr2 (γ-γw) /η

g-ускорение силы тяжести

r-радиус частиц

γ -плотность частиц

γw-плотность воды

η -коэффициент вязкости воды

Пипеточный метод (глинистые грунты);

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПИПЕТКИ

Этот метод анализа гранулометрического состава грунтов осно-ван на том же принципе различной скорости падения частиц в воде, что и описанный выше метод отмучивания. От последнего пипеточиый и метод отличается тем, что вместо многократных взмучивании и сли-вании суспензии в этом случае взмучивание производится всего один раз, а затем через определенные сроки с известной глубины пипеткой отбираются пробы. Предполагается, что в первый момент после взмучивания в каж-дом кубическом сантиметре суспензии будет содержаться одинаковое количество частиц различной величины. Через некоторое время Т вследствие различной скорости падения частиц разного размера они распределятся неравномерно, причем сверху до некоторой глубины h будут полностью отсутствовать частицы, падающие со скоростью больше h, так как к этому времени они опустятся глубже h. Следо-вательно, если через первые Т минут веять пипеткой с глубины h пробу суспензии, то в последней будут находиться частицы,, ско-1г рость падения которых меньше т,. Беря ряд таких проб через разные промежутки времени и учи-тывая определяемое формулой Стокса соотношение между скоростью падения частиц и их диаметром, можно установить содержание в анализируемом грунте частиц разных фракций. Описываемый метод применяется или в сочетании с методом отмучивания для анализа супесчаныу грунтов, или в качестве самостоятельного метода гранулометрического анализа для глинистых грунтов.

Применяя пипеточный анализ в качестве самостоятельного метода анализа глинистых грунтов, определяют содержание фракций 0,05—0,01 мм; 0,01—0,005 мм; 0,005—0,001 мм; меньше 0,001 мм. Пипеточиый анализ производится с по-мощью прибора (рис. 10), главную часть которого составляет пипетка У емкостью 25 смз. Пипетка закреплена в держателе 2 штатива 3, на котором нанесены миллимет-ровые деления. зажим может быть закре-плен на любом делении. На штатив наса-жена муфта 4, служащая упором для за-жима при опускании пипетки на ту или иную глубину. Верхний конец пипетки соединен с аспиратором 5 каучуковой труб-кой б, снабжеиной зажимом Мора 7. В кау-чуковую трубку б между пипеткой и аспира-тором включен стеклянный тройник 8 и на и и третий конец тройника надета каучуковая трубка 9 с зажимом Мора. Аспиратор сое-динен с бутылью при помощи каучуковой трубки У0 с зажимом. Для анализа рекомендуется применять пипетку с запаянным нижним коицом ствола, имеющим четыре боковых отверстия, через которые суспензия поступает внутрь пипетки. Конструкция пипетки должна обе-спечивать быстрый и точный отбор необхо-димого объема суспензии и возможность смывания небольшой струей воды частиц грунта, задерживающивсяна стенках пипетки.

Ареометрический метод (пылеватые и глинистые).

Показатели физических свойств

Физические свойства определяю состав и состояние грунта. К ним относятся: минеральный состав, гранулометрический состав, плотность (масса), влажность пористость.

Вводятся следующие условные обозначения:

М — масса грунта естественного сложения;

V — объем грунта;

mт — масса твердых частиц;

mв — масса воды в грунте;

mт+mв=M

Vт — объем твердых частиц;

Vп — объем пор в грунтах;

Vт+Vп=V

Vв — объем воды в грунтах.

Vп=Vв

Показатели плотности (массы) грунта

К показателям плотности (массы) грунта относятся: плотность влажного грунта, плотность сухого грунта, плотность твердых частиц грунта.

Плотностью грунта называется отношение массы грунта к его объему.

Плотность влажного грунта — это отношение массы всего грунта, включая воду в порах к объему всего грунта, включая объем пор.

ρ0 = (mт+mв) / (Vт+Vп) =M/V (1)

Для большей части грунтов (исключая илы, торф и др.) значения плотности грунта колеблются в пределах 1,5—2,2 г/см3, плотность относится к расчетным показателям свойств грунтов. Наиболее распространенным способом определения плотности песчано-глинистых связанных грунтов являются методы режущего кольца и гидростатического взвешивания.

Плотность сухого грунта — это отношение массы твердых частиц грунта, исключая воду в порах к массе сего грунта, включая объем пор.

ρd=mт/ (Vт+Vп) =mт/V= ρ 0/ (1+We) (2)

Сравнивая формулы 1 и 2 можно сделать вывод о разнице значений по массе воды содержащейся в грунтах, т.е. вычислить влажность.

Плотность твердых частиц грунта — это отношение массы твёрдых частиц к объему твердых частиц грунта

ρs=mт/Vт (3)

Сравнивая формулы 2 и 3, можно получить информацию о величине пористости пород.

Показатели пористости

Пористость — это объем пор в грунте. Пористость имеет 2 показателя — абсолютная пористость (n) и коэффициент (e) пористости.

Абсолютная пористость — это отношение объема пор в грунте к объему всего грунта.

n=Vп/V= (ρs- ρd) / ρs

Коэффициент пористости — это отношение объема пор в грунте к объему твердых частиц.

e=Vп/Vт = (ρs- ρd) / ρd

Показатели влажности

Влажность — это количество воды в порах дисперсных грунтов. Влажность имеет три показателя: естественная (абсолютная) влажность, степень влажности и полная влагоемкость.

Естественная (абсолютная) влажность — это отношение массы воды в грунте к массе сухого грунта. Вычисляется по формуле:

We= (m1-m2) / (m2-m0)

Где m1 — масса влажного грунта с бюксой, m2 — масса сухого грунта с бюксой, m0 — масса бюксы.

Степень влажности — это отношение естественной влажности к полной влагоемкости:

Sr=We/Wп = (We * ρs) /e

где — Wе — естественная влажность, Wп — полная влагоёмкость, ρs — плотность твердых частиц грунта, e — коэффициент пористости.

Контрольные вопросы:

Назовите основные свойства грунтов и виды показателей этих свойств по их назначению.

Что такое гранулометрический состав грунта? Фракция? Назовите основные виды фракций и соответствующие им размеры частиц грунта.

Что такое эффективный диаметр, средний диаметр, коэффициент неоднородности?

Назовите и кратко охарактеризуйте физические свойства дисперсных грунтов.

Что такое плотность грунта? Назовите показатели плотности грунта, их отличие друг от друга и назначение.

Приведите физические и расчетные формулы показателей пористости.

Каково косвенное влияние плотности и пористости на все другие свойства грунтов?

Свойств и состояние глинистых грунтов при взаимодействии их с водой

При взаимодействии с водой проявляются водные свойства грунтов, которые, в свою очередь разделяются на водно-физические и собственно водные свойства.

К водно-физическим свойствам относятся свойства грунтов, которые изменяют физическое состояние при взаимодействии с водой, к ним относятся: Пластичность, консистенция, набухание, усадка, размокание, липкость.

К собственно водным относятся такие свойства, которые показывают способность грунтов поглощать, пропускать через себя и удерживать в себе воду. К ним относятся: водонасыщение, водопроницаемость и водоотдача.

Водно-физические свойства и их показатели.

Пластичностью — способность глинистого грунта под воздействием внешних усилий менять свою форму без разрыва сплошности, а после прекращения действия усилия сохранять полученную форму.

Консистенцией принято называть степень подвижности глинистых частиц, связанную с определенной для данного грунта влажностью.

Показателями пластичности являются верхний и нижний пределы пластичности и число пластичности.

Верхний предел пластичности WL (влажность на пределе текучести) — это влажность при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Нижний предел пластичности Wp (влажность на пределе раскатывания) — это влажность при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое.

Число пластичности Ip (разность двух пределов) — это диапазон влажность, при которой грунт сохраняет свои пластические свойства.

Число пластичности является классификационным показателем. По нему глинистые грунты делятся на супеси, суглинки и глины.

супесь — Ip <0.07

суглинок — 0.07 <Ip <0.17

глина — Ip> 0.17

Показателем консистенции является коэффициент консистенции IL — это отношение разности естественной влажности и нижнего предела пластичности и к числу пластичности:

IL= (We — Wp) /Ip

По коэффициенту консистенции глинистые грунты делятся на твердые, пластичные и текучие:

Твердая — IL <0

Пластичная — 0 <IL <1

Текучая — IL> 1

Липкость

Под липкостью понимают способность связанного грунта при определенной влажности налипать на различные предметы, приходящие в соприкосновение с грунтом. Липкость измеряется силой, необходимой для отрыва постороннего тела от грунта.

Липкостью называют способность грунтов прилипать к предметам, с которыми они приходят в соприкосновение. липкость характерна для глинистых грунтов, находящихся в увлажненном состоянии. На степень липкости грунта, помимо влажности, влияют его гранулометрический и минеральный состав. Увеличение липкости с возрастанием влажности происходит лишь до известного предела. По достижении полной влагоемкости липкость резко уменьшается и при дальнейшем увеличении влажности может совершенно исчезнуть. липкость используется при оценке пригодности грунтов для дорожного строительства и т. п. Величина липкости измеряется усилием, необходимым для отрывания прилипшего предмета от грунта, и выражается в гс/см2. Определение липкости производят.

Усадка

Усадкой называется уменьшение объема и линейных размеров образцов грунта при высыхании.

Явление усадки свойственно глинистым и органогенным грунтам. Она сопровождается неравномерной деформацией грунта при высыхании, появлением в нем трещин, увеличением его водопроницаемости. Влажность, соответствующая постоянному объему грунта называется пределом усадки.

Набухание

Свойство глинистых грунтов увеличиваться в объеме при взаимодействии с водой называется набуханием. Оно сопровождается увеличением пористости и влажности грунта, при этом консистенция грунта становится более мягкой.

Размокание

Размокание заключается в потере сплошности и прочности грунта в результате ослабления или разрушения внутренних связей при взаимодействии с водой. Оно характеризует степень водоустойчивости.

Размокаемость

Под размокаемостью понимается способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую массу с полной потерей несущей способности. Размокаемость грунтов зависит от их состава, характера связей между частицами и начальной влажности. Величина размокаемости используется при оценке явлений переработки берегов водохранилищ, устойчивости откосов каналов, стенок котлованов и других земляных сооружений. Определение скорости размокания грунтов представляет софой испытание на устойчивость грунта под водой. Показателями размокания являются: а) время, в течение которого образец грунта, помещенный в воду, теряет связность и распадается, и б) характер распада (крупные или мелкие комочки, пыль и т.д.). Определение размокаемости производится на образцах с нарушенной и не нарушенной структурой в зависимости от целевого назначения работ. Для определения размокаемости 7 предложен ряд приборов, из которых наиболее удачными являются прибор ПР конструкции Д. И. Знаменского -В. И. Хаустова и прибор конструкции С. И. Синельщикова.

Прибор ПР (рис. 26) состоит из полого металлического поплавка У в ниж- ней части которого укреплены два кронштейна 2; на кронштейнах при помощи ножек 3 подвешена сетка 4 с квадратными отверстиями 1 Х 1 см. Рис. 26. Прибор ПР для определения размокаемости. Ножки закреплены винтами 5. В верхней части поплавка установлена трубка 6 с двумя шкалами, по которым можно определять величину размокания в процентах и по массе. При пользовании этими шкалами прибор необходимо тарировать. Для этого надо налить в банку 7 до метки, нанесенной на боковой поверхности, воды естественного или заданного химического состава и погрузить прибор в банку. При несовпадении нижнего деления шкалы трубки с мениском воды надо отрегулировать положение трубки 6 с помощью гайки 8.

Собственно водные свойства грунтов

Водонасыщение

Под водонасыщением понимают свойства дисперсных грунтов впитывать и удерживать в себе свободную воду. Этим свойством обладают как глинистые, так и раздельно-зернистые грунты, поскольку и те и другие имеют поры.

Водонасыщение грунта можно выразить отношением:

Wв=mв/mс

Водоотдача

Способность грунтов свободно отдавать воду, вытекающую из грунта под действием силы тяжести. Характеризуется коэффициентом водоотдачи.

Водопроницаемость

Водопроницаемостью называют способность грунтов пропускать через себя воду. Свойство является настолько важным, что по водопроницаемости все горные породы на делят на две большие группы: водопроницаемые водонепроницаемые.

Показателем водопроницаемости служит коэффициент фильтрации (kф), который в зависимости от способа его определения и других условий может рассчитываться по различным формулам.

Контрольные вопросы:

Что называется весовой влажностью, и каким способом ее можно определить?

Что такое степень влажности и для чего необходим этот показатель?

Назовите все показатели влажности грунта.

Водно-физические и водные свойства дисперсных грунтов, перечислить и объяснить их влияние на поведение грунтов.

Что такое пластичность? Что называется пределами пластичности? Для чего необходимо определять эти пределы?

Приведите классификацию грунтов по числу пластичности.

Какая существует связь между содержанием в грунте глинистой фракции и числом пластичности и почему между этими величинами наблюдается прямая зависимость?

Что такое консистенция? Приведите классификацию глинистых грунтов по консистенции.

Что такое липкость глинистого грунта и чем она обусловлена?

Что такое усадка, и каким показателем она характеризуется?

Набухание, его виды и от чего оно зависит?

Что характеризует свойство размокания грунта, и какие другие свойства грунтов оно косвенно характеризует?

Назовите и кратко охарактеризуйте водные свойства дисперсных грунтов.

Деформационные и прочностные свойства глинистых грунтов

Механическими называются свойства грунта, проявляющиеся при воздействии на них каких-нибудь сил.

К ним относятся:

Деформационные (сжимаемость);

Прочностные (механическая прочность грунтов);

Реологические (проявляющиеся спустя некоторое время).

Деформация грунтов. Показатели деформационных свойств.

Рис. 39. А так испытывается сжимаемость в лаборатории:

1 — груз; 2 — образец грунта; 3 — штамп; 4 — измеритель деформации

Сжимаемость рыхлых грунтов — это способность горных пород уменьшаться в объеме под влиянием внешней нагрузки, что приводит к уменьшению пористости.

При больших нагрузках, дальнейшее возможно лишь при дроблении частиц, что характеризуется механической прочностью грунтов.

Показателями деформационных свойств являются: коэффициент компрессии (сжимаемости), модуль общей деформации, модуль сжимаемости и степень консолидации. Эти показатели получают в результате компрессионных испытаний.

Компрессией — называется сжимаемость грунтов в условиях невозможности их бокового расширения.

При компрессионных испытаниях ведутся наблюдения за изменением высоты образца по специальным приборам, производится вычисление коэффициента пористости. По результатам опыта строятся графики зависимости h=f (P), e=f (P), которые называются компрессионными кривыми.

Коэффициент компрессии a — это тангенс угла наклона прямой с наименьшей погрешность заменяющую компрессионную кривую или изменение коэффициента пористости в интервале двух давлений. Определяется по формулам:

a= (e1-e2) / (P2-P1)

a=tg ϕ

Где e1,e2 — коэффициенты пористости при давлениях Р1 и Р2.

Коэффициент компрессии является классификационной характеристикой, позволяющей разделить грунты по степени сжимаемости на:

Практически несжимаемый а меньше 0,001

Слабо сжимаемый а 0,001—0,01

Средне сжимаемый а 0,01—0,1

Сильно сжимаемый а более 0,1

Модуль общей деформации:

E0= β (1+e) /a

Где а — коэффициент компрессии, β — безразмерный коэффициент, зависящий от относительной поперечной деформации грунта, который принимают равным:

Для песков — 0,8

Для супесей — 0,7

Для суглинков — 0,5

Для глины — 0,4

Модуль сжимаемости показывает величину сжатия образца или слоя грунта мощностью 1 м при приложении к нему внешней нагрузки Р.

Ec=1000 (Δ H/H)

Где Δ Н — сжатие образца или слоя грунта при нагрузке Р, мм;

Н — высота образца или мощность слоя, м.

Ниже приводится классификация грунтов по величине относительной сжимаемости (Ес, мм/м):

Практически несжимаемый — менее 1;

Слабо сжимаемый — 1—5;

Средне сжимаемый — 2—60;

С повышенной сжимаемостью — 21—60;

Сильно сжимаемый — более 60.

Степень консолидации (модуль осадки).

Степенью консолидации называется отношение величины сжатия в данный момент времени к полной величине сжатия при завершении консолидации.

V= Δ Ht/ Δ H

Где V — степень консолидации;

Δ Нt — сжатие или осадка в данные момент времени;

ΔН — полное сжатие при завершившейся консолидации от нагрузки.

Механическая прочность грунтов

Для определения механической прочности структурных связей, используют схему сдвига, так как разрыв структурной связи происходит при горизонтальном перемещении частиц грунта относительно друг друга. Образец грунта испытывают в сдвиговых приборах при трех ступенях вертикальной нагрузки (Р1, Р2, Р3), получая при этом значения сопротивления грунта сдвигу τ1, τ2, τ3. По результатам опыта строят график зависимости τ =f (Р).

Рис. 42. В лаборатории также определяется прочность грунтов:

а — сдвиг в приборе: 1 — поршень, 2 — образец грунта, 3 — плоскость сдвига: б — как определяется угол трения и сцепления грунта: Т — сдвигающее усилие, N — вертикальное давление

Анализ графиков для песков и глинистых грунтов показывает, что для связанных (глинистых) грунтов необходимо затратить усилие на сдвиг, даже при отсутствии вертикального давления — это усилие необходимо для разрушения структурных связей глинистых пород. Эта величина называется коэффициентом сцепления (С). Угол наклона графика к горизонтальной оси называется углом внутреннего трения (ϕ).

Математически уравнение параллельного переноса имеет вид:

τ =tg ϕ +C (закон Кулона)

Контрольные вопросы:

Что такое механические и реологические свойства дисперсных грунтов, их виды и значение?

Что называется компрессией? Назовите виды компрессионных кривых.

От чего зависят деформационные свойства (сжимаемость) грунта?

Приведите все показатели сжимаемости грунтов.

Какими способами можно определить сжимаемость грунтов?

Нарисуйте наиболее характерные компрессионные кривые различных по свойствам грунтов.

Что такое консолидация глинистого грунта и от чего она зависит?

Что определяет прочность дисперсных грунтов? Приведите уравнение Кулона для связанных и несвязанных грунтов.

От чего зависит прочность дисперсного грунта?

Какими способами определяют прочность дисперсного грунта?

Твердые горные породы

Физические свойства твердых скальных пород

Скальные и полускальные горные породы как твердые тела, характеризуются следующими физическими свойствами: плотностью породы, плотностью частиц, пористостью, трещиноватостью, влажностью. Пористость является одной из основных характеристик физических свойств твердых пород. Под пористостью принято понимать общий объем пор в единице объема породы.

Общая пористость в твердых породах подразделяется на первичную и вторичную, а так же на открытую или эффективную и закрытую пористость.

Первичная пористость возникает в породе вместе с ее образованием из магмы, осадка или в процессе диагенеза. Вторичная пористость появляется при перекристаллизации отдельных компонентов, суффозии растворимых минералов, дегидратации и др.

Помимо характеристик плотности и пористости большое значение при оценке физических свойств твердых пород имеет трещиноватость, которую можно охарактеризовать как дополнительную пористость, возникшую в породах в результате тектонических движений и экзогенных процессов (в основном выветривания). Количественная оценка трещиноватости может быть дана с помощью коэффициента трещиноватости:

Kтр=S1/S*100%

Где Kтр — коэффициент трещиноватости,

S1 — площадь трещин на исследуемой площадке,

S — площадь всей исследуемой площадки.

Коэффициент трещиноватости изменяется от 2% для слабо трещиноватых пород до 20% для очень трещиноватых пород.

Механические свойства скальных пород

Механические свойства изучаются по следующим направлениям:

Механическая прочность, характеризующая прочность структурных связей;

Деформационные характеристики;

Прочие механические характеристики, отражающие сопротивление грунтов при горнобуровых разработках.

1.При увеличении нагрузки в любом твердом теле, увеличивается и деформация образца, пока она не станет предельной, после чего наступает разрушение структурных связей. Максимальная нагрузка (Рмах), при которой наступает разрушение структурных связей, характеризует временное сопротивление грунта сжатию — это механическая прочность материала на сжатие.

Существуют так же характеристики на растяжение, на изгиб, кручение и т. д. — это все показатели механической прочности скальных пород, которые относятся к прямым расчетным показателям. Они определяются на специальных приборах — механических прессах, где нагрузка увеличивается и фиксируется, т.е. замечаются при появлении видимых трещин образца.

2.Различают 2 вида деформаций твердых грунтов — упругие и пластичные.

Упругие деформации в горных породах наблюдаются при небольших нагрузках.

Закон Гука — механическое напряжение упруго-деформированных грунтов прямо пропорционально их относительной деформации.

E= Δl/l

На практике упругие деформации проявляются крайне редко. Рассмотрим пластичное деформирование горных пород

d1-d2= Δ d

абсолютная поперечная деформация образца;

Δ d/d1 =b

относительная поперечная деформация образца;

h2-h1= Δ h

абсолютная продольная деформация образца;

Δ h/h1 =a

относительная продольная деформация образца.

Для характеристики пластичных деформаций вводится коэффициент Пуассона равный отношению относительной поперечной деформации к относительной продольной деформации.

µ =b/a

Который изменяется от 0,1 до 0,4 и является прямым расчетным показателем.

Таким образом, механические свойства скальных грунтов характеризуются следующими прямыми расчетными показателями:

Прочностные свойства — предельным сопротивлением грунта сжатию;

Упругие свойства — модулем Юнга;

Пластичные свойства — коэффициентом Пуассона.

Помимо деформационных и прочностных характеристик скальных пород к механическим можно отнести следующие свойства:

Крепость — общее сопротивление горной породы воздействию внешних сил, стремящихся разрушить внутренние связи породы;

Твердость — сопротивляемость горной породы проникновению в нее режущих инструментов;

Истираемость — характеризуется потерей веса после механической обработки образца на круге истирания;

Разрабатываемость — характеризуется сопротивляемостью горных пород разрушению при копании, бурении, отбойке, экскавации, взрывании;

Буримость — характеризуется сопротивлением горных пород внедрению бурового инструмента;

Морозостойкость — характеризуется изменением прочности и сплошности горной породы при неоднократном замораживании и оттаивании.

Контрольные вопросы:

Что такое скальные и полускальные грунты? Дайте их характеристику.

Назовите физические свойства скальных и полускальных пород.

Что такое трещиноватость? Дайте ее оценку.

Назовите механические свойства твердых пород.

Перечислите и кратко охарактеризуйте дополнительные физико-механические свойства твердых пород, представляющие практический интерес.

Мерзлые грунты

Мерзлые грунты являются четырехкомпонентными системами, в которых кроме твердой, жидкой и газообразной фаз существует лед.

Различают сезонно мерзлые грунты, которым относятся периодически замерзающие и оттаивающие верхние слои земли в большинстве районов земного шара, и многолетние мерзлые грунты, находящиеся в мерзлом состоянии постоянно, т.е. неопределенно долгое время.

Специфичность свойств этих грунтов заключается в том, что при переходе воды в лед они приобретают свойства твердых пород. Важным показателем свойств мерзлых грунтов является их льдистость, характеризующая цементирующее действие льда.

Относительное сжатие определяется путем испытания образца грунта в компрессионном приборе и рассчитывается по формуле

δ = (hм-hт) /hм

Где hм– высота образца в природном мерзлом состоянии в условиях невозможности бокового расширения при заданном давлении;

hт — высота того же образца в тех же условиях после перехода в талое состояние.

Контрольные вопросы:

Назовите особенности мерзлых грунтов.

Что такое коэффициент оттаивания, сжимаемости при оттаивании, сцепление мерзлых грунтов?

Грунты особого состава

В эту группу грунтов входят породы, которые имеют очень слабые и неблагоприятные для строительных целей свойства. К ним относятся:

Илы;

Торфы и заторфованные грунты;

Засоленные грунты:

Лессовые грунты;

Техногенные грунты.

К илам относятся супесчано-глинистые отложения в начальной стадии формирования, образовавшиеся как структурный осадок в водном бассейне при наличии микробиологических процессов. Их диагностические признаки: темная окраска, гнилостный запах, жидкотекучая консистенция, высокая пористость, наличие органических веществ.

Отличительными признаками ила, находящегося в природном состоянии, является высокая влажность, высокий коэффициент пористости и наличие гумуса — полностью разложившегося органического вещества в количестве 10%.

Илы обладают ничтожной несущей способностью и при встряхивании или ударе легко переходят в разжиженное состояние.

Торфы и заторфованные грунты представляют собой грунты органического происхождения, образовавшиеся в болотах в результате накопления и разложения растительных остатков и содержащие минеральные примеси.

В зависимости от степени разложения торфы представляют собой темно-коричневую или черную массу землистой, волокнистой или однородно-вязкой структуры.

Диагностическим признаками являются: темная окраска, способность мазаться, большая влагоемкость, содержание растительных остатков от 10 до 60% и более, большая сжимаемость, и высокая водоотдача. Торф обладает высокой сжимаемостью и поэтому имеет низкую несущую способность. Водопроницаемость торфа колеблется в широких пределах и зависит от степени его разложения.

Заторфованными грунтами называются такие образования, в которых содержание органических остатков составляет менее 60%.

Засоленные грунты — к ним относятся песчано-глинистые осадочные отложения, в которых накопление солей произошло в процессе их формирования.

Причинами, приводящими к засолению грунтов, являются:

Бессточный рельеф;

Недостаточное увлажнение при преобладании испарения над осадками;

Наличие в геологическом разрезе или в поверхностных водах повышенного количества солей;

Малая проницаемость грунтов или наличие водоупорных прослоек;

Капиллярное поднятие грунтовых вод;

Подтопление территорий, вызванное неправильной эксплуатацией оросительных систем.

Присутствие солей в грунтах приводит к изменению их свойств: прочности, сжимаемости, водопроницаемости, размоканию, набуханию, угла естественного откоса, липкости и др.

Засоленные грунты в следствие выщелачивания солей при длительном замачивании или фильтрации способны давать суффозионную осадку.

Процентное содержание солей, оказывающих влияние на изменение свойств, для различных грунтов различно от 0,3—5%.

Основными типами засоленных грунтов являются солончаки, солонцы и такыры.

Техногенные грунты — это обширные площади искусственно намытых или насыпных грунтов, возникающих в результате производственной деятельности человека.

Техногенные грунты можно объединить в 4 группы:

Грунты, состоящие из бытовых отходов (свалки);

Грунты, состоящие из отходов промышленного и строительного производства;

Грунты, состоящие из отвалов пустой породы, при разработке полезных ископаемых;

Намывные, насыпные и уплотненные грунты.

Техногенные грунты подразделяются по способу укладки, однородности состава и сложения, виду исходного материала и степени естественной уплотненности.

Лессовые грунты — глинистые грунтовые породы, имеющие в своем составе легко растворимые соединения, образующие в сухом виде прочные структурные связи, которые распадаются при увлажнении. Лессовым грунтам свойственны характерные признаки: цвет от желтовато-серого до светло-бурого, рыхлое сложение, вертикальная и столбчатая отдельность, однородная текстура, иногда — слоистая, невысокая или средняя влажность, легкая размываемость, размокаемость, просадочность водопроницаемость.

Литологически они представлены супесями, суглинками и глинами со значительным содержанием пылеватой фракции. Также выделяют собственно лесс — грунты эолового происхождения.

Просадочностью называется способность лёссового макропористого грунта очень быстро размокать, терять прочность и уплотняться (под нагрузкой).

В качестве примера проявления просадочности, ниже приведена схема образования продольных трещин вдоль оросительного канала, проложенного в лёссовых грунтах. Причина появления подобных трещин — утечки воды из канала и замачивание лёссового основания.

Схема образования продольных трещин вдоль оросительного канала, проложенного в лёссовых грунтах.

Ширина раскрытия трещин составляла 30 — 40 см, а величина просадки 0,3 — 2 м. Явления просадки наблюдались в г. Грозном — у смотровых колодцев в результате переполнения их водой (то же в г. Запорожье и т.д.).

Характеристика просадочности лёссовых грунтов

Для определения просадки лёссового грунта в лабораторных условиях проводят компрессионные испытания. Образец лёссового грунта помещают в одометр, уплотняют давлением Р1, а затем через пористый диск поршня выполняют замачивание водой. По результатам испытаний строят зависимость h=f (P) (см. схему).

Схема одометра для проведения компрессионных испытаний лёссового грунта и график компрессионной кривой лёссового грунта до и после замачивания.

На представленном графике обозначено:

1 — компрессионная кривая лессового грунта до замачивания; 2 — тоже после замачивания водой.

В соответствии со СНиП — коэффициент относительной просадочности определяется следующим образом:

δпр = h-hi/h0,

где h — высота (см) образца природной влажности обжатого давлением Р1 равным давлению от всего сооружения и собственного веса вышележащего грунта.

hI — высота (см) того же образца грунта после пропуска через него воды при сохранении давления Р1.

h0 — высота (см) того же образца грунта природной влажности, обжатого давлением равным природному.

Если по результатам испытаний δпр <0,01 — то считается, что лёсс не просадочен. Если δпр> 0,01 — лёсс просадочен.

В геологических отчетах обычно приводят график δпр = f (p), или вычисленные результаты в виде таблицы (см. схему).

Зависимость коэффициента относительной просадочности от прикладываемого давления.

На представленном графике Рн — начальное давление, при превышении которого лёсс становится просадочным. Интервал давления 0 — Рн — лёссовый грунт не просадочен — связи прочны.

Контрольные вопросы:

Какие грунты относят к специфическим? Чем обусловлено выделение этой группы грунтов?

Что такое илы? Перечислите их диагностические признаки.

Какие грунты относят к заторфованным? Назовите их диагностические признаки.

Что такое засоленные грунты? Перечислите их виды, районы формирования, свойства и причины засоления.

Охарактеризуйте типы лессовых грунтов по просадочности.

Что такое технические грунты? Как они образовались? Приведите их классификацию.

Инженерная мелиорация грунтов

Искусственное улучшение свойств грунтов называется технической (инженерной) мелиорацией.

Многие свойства грунтов являются неблагоприятными для строительства и нуждаются в улучшении. К таким свойствам можно отнести водопроницаемость, сжимаемость, просадочность и т.д., определяемые высокой пористостью пород (для рыхлых грунтов), трещиноватость, растворимость и т.д., определяемые структурой и минеральным составом (для скальных пород).

Все способы мелиорации можно представить в виде двух групп:

Коренного улучшения свойств пород, т.е. комплекса свойств на длительное время;

Временное улучшение свойств пород на период строительства.

Мелиорация грунтов с жесткими структурными связями

Цементация — это метод коренного улучшения свойств горных пород, направленный на уничтожение трещиноватости.

Сущность метода: через систему буровых скважин в массив нагнетается цементный раствор, при наличии широких трещин добавляется соответствующий заполнитель (песок, гравий) и создается давление для продавки раствора по трещинам. При проведении метода необходимо провести подготовительные работы: промывку трещин, подбор соответствующей марки цемента в соответствии с агрессивностью подземных вод и т. д.

Достоинства: метод коренного улучшения всех свойств горных пород на длительный срок.

Недостатки: высокая себестоимость, большой объем подготовительных работ, невозможность повторных инъекций.

Глинизация — предназначена для снижения фильтрационных свойств трещинных массивов. Для этого через систему скважин закачивается глинистый раствор с высокими коллоидными свойствами, что приводит к закупорки трещин.

Достоинства: низкая себестоимость, простота технологии, устойчивость глины к агрессии п.в.

Недостатки: со временем происходит вымывание глины п.в., начиная с периферийных зон.

Горячая битумизация — предназначена для снижения фильтрационных свойств грунтов, для чего через систему скважин закачивается горячий битум.

Достоинства: высокая устойчивость битума к агрессии п.в., дешевизна, возможность повторных инъекций.

Недостатки: уменьшаются только фильтрационные свойства, прочностные характеристики не улучшаются, т.к. битум пластичен. При замерзании битум уменьшается в объеме, что приводит к вторичной трещиноватости.

Мелиорация рыхлых грунтов

Замораживание — это способ временного улучшения несущей способности грунта (плывуны и др. водонасыщенные грунты) на период строительства. Для чего через систему скважин пропускается хладагент, в результате чего массив замерзает, что позволяет вести работы. После проведения работ массив размораживается естественным способом.

Достоинства: позволяет проводить работы на плывунных грунтах.

Недостатки: высокая себестоимость, сложность оборудования, большой объем подготовительных работ, значительное время, ухудшение свойств грунта в результате пучения.

Силикатизация — химическое закрепление грунтов. Сущность его состоит в том, что через систему скважин подаются либо два раствора, в результате чего образуется «жидкое стекло», либо один раствор, который закрепляет частицы грунта подобно цементу.

Достоинства: позволяет улучшить все свойства грунтов на длительный срок, дешевизна метода.

Недостатки: сложность технологии и химических работ.

Холодная битумизация — применяется для уменьшения водопроницаемости песчаных пород, для чего через систему скважин закачивается битумная эмульсия.

Достоинства: низкая себестоимость, простота технологии.

Недостатки: со временем частицы битума вымываются током п.в.

Электродренаж — предназначен для осушения глинистых пород с низкой водопроницаемостью.

Механические методы улучшения свойств грунтов — заключаются в применении специальных механизмов для уплотнения: укаткой с помощью катков, трамбованием, грунтонабивными сваями, виброуплотнением, энергией взрыва и. т. д.

Контрольные вопросы:

Что понимают под термином техническая мелиорация грунтов и для чего производятся эти мероприятия?

Какие группы методов улучшения (мелиорации) существуют?

Назовите методы улучшения скальных пород.

Назовите методы улучшения дисперсных грунтов.

Перечислите и кратко охарактеризуйте механические методы улучшения грунтов.

Отбор, консервирование и хранение проб грунта.

Показатели должны характеризовать как состав, так и состояние грунтов в массиве. Отбираемые пробы могут быть как нарушенной, так и ненарушенной структуры и естественной влажности. Проба грунта ненарушенной структуры и естественной влажности называется монолитом.

Отбор монолитов.

Отбираемая проба должна быть представительной, т.е. количество грунта должно быть таким, чтобы сосав и свойства пробы соответствовали составу и свойствам опробуемого слоя, а размер пробы должен соответствовать технологическим требованиям лабораторных исследований.

Монолиты отбирают из горных выработок и скважин. В зависимости от вида и состояния грунта отбор может производиться без применения жесткой тары, если грунт сохраняет форму, и с применением жесткой тары, если грунт слабосвязанный (способ контейнеров).

Монолиты песчано-глинистых грунтов рекомендуется отбирать без применения промывочной жидкости, а рыхлых отложений — с применением тяжелого обволакивающего глинистого раствора. Монолиты мерзлых грунтов необходимо отбирать с сохранением мерзлого состояния грунта.

Консервирование и транспортировка монолитов.

Наиболее распространенным методом консервирования является парафинирование монолитов. Для этого монолит туго обматывают марлей, пропитанной горячим парафином (с добавление битума для вязкости), после чего весь монолит покрывают толстым слоем парафина и к верхней грани прикрепляют этикетку.

На этикетке должно быть указано:

Наименование организации или подразделения;

Наименование объекта изысканий;

Номер монолита;

Наименование выработки и ее номер;

Интервал глубины отбора;

Наименование грунта по визуальному осмотру;

Должность и фамилия лица, отобравшего образец;

Дата отбора.

Укладка в ящики производится плотно, с заполнением промежутков между ними опилками, стружкой, сеном и пр. В зимний период монолиты следует перевозить в утепленном кузове, а монолиты мерзлых грунтов при отрицательной температуре — транспортом, оборудованном холодильной камерой.

Условия хранения монолитов.

Условия хранения монолитов должны обеспечивать сохранность их влажности и структуры в течение всего времени до окончания лабораторных исследований. Поэтому монолиты следует хранить в специально приспособленных помещениях с относительной влажностью 50—60% и температурой 2—200С.

Сроки хранения консервированных монолитов не мёрзлых, скальных, полускальных, маловлажных песчаных и глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции не должны превышать 3 месяцев, а более влажных, пластичной консистенции — 1,5 мес; монолиты мерзлых грунтов необходимо хранить в специальных камерах с относительной влажность воздуха 80—90% при отрицательной температуре.

При отсутствии этих требований срок хранения монолитов на должен превышать 15 суток.

Контрольные вопросы:

Что такое монолиты? Для чего их отбирают и исподльзуют?

Назовите способы отбора монолитов из шурфов и скважин.

Опишите процесс консервации монолитов.

Для чего монолит снабжается паспортом (этикеткой) и каково его содержание?

Расскажите об условиях хранения монолитов?

Статистическая обработка результатов определения показателей свойств грунтов

Типизация грунтов при инженерно-геологических исследованиях

Типизация — разделение массива грунта на слои с одинаковыми физико-механическими свойствами.

Типизация проводится по следующим признакам: возрасту и генезису (стратиграфо-генетические комплексы), политологии (инженерно-геологические виды), по характеру изменения физико-механических свойств (инженерно-геологический элемент элемент).

Стратиграфо-генетическим комплексом пород называются грунты одного возраста и происхождения. На карте они показываются цветом — для четвертичных пород по генезису, для до четвертичных — по возрасту.

Инженерно-геологическим видом называется горная порода одного и того же стратиграфо-генетического комплекса, которую можно отнести к одной литологической разности по классификационным показателям. Например — супеси, глины, песок мелкозернистый и т. д.

Для дальнейшего выделения однородных слоев анализируется изменчивость некоторых основных показателей в плане и разрезе. В связи с чем различают закономерный и не закономерный скачкообразный типы изменчивости.

Скачкообразный незакономерный тип изменчивости — это такой тип изменчивости при котором при изменении частных значений показателей с глубиной среднее арифметическое значение остается постоянным. Такой тип изменчивости характеризует однородные по составу грунты с близкими свойствами. Получение слоев таких грунтов является конечной целью типизации.

Скачкообразная закономерная изменчивость предполагает закономерное изменение среднего значения показателя с глубиной на фоне скачкообразного изменение частного значения показателя. Такой характер изменчивости типичен для неоднородных массивов и требует продолжения процесса типизации, пока в пределах каждого из вновь полученных слоев не будет получен первый тип изменчивости.

Конечным элементом типизации является инженерно-геологический элемент — слой горной породы одного и того же и/г вида, если выполняются следующие условия (ГОСТ-20522):

Показатели свойств горных прод в пределах выделенного слоя изменяются незакономерно;

Если в изменении показателей присутствует закономерность, то она настолько мала, что ею можно пренебречь;

Коэффициенты вариации (изменчивости) для We, e ≤ 0.15, а для ϕ, C ≤ 0.30.

Методика выделения инженерно-геологических элементов

Для получения расчетных значений показателей, после проведения типизации, рекомендуется обработка частных значений показателей с целью получения расчетных:

Построение графиков изменчивости частных значений показателей с глубиной. Для глинистых грунтов — WL, Wp, Ip, We, e; для песков — KH, We, e, для грубообломочных — KH, e, We заполнителя.

Вычисление статистических критериев (среднего арифметического и коэффициента вариации — Ᾱ, V).

На основании анализов статистических критериев определение нехарактерных значений показателей и исключение их из дальнейших расчетов (Ai- Ᾱ ≤ δсм* ν).

Вычисление нормативных значений показателей Сн, tg ϕн.

Вычисление поправок и получение расчетных значений показателей.

Получение нормативных значений показателей.

Нормативным значением показателя, согласно ГОСТу 20522, следует считать среднее арифметическое, з исключением Сн, tg ϕн. Для Сн, tgϕн нормативное значение получается методом наименьших квадратов, в соответствии с уравнением Кулона:

τ =tg ϕ+C

tgφH=1/Δ (nΣτipi-ΣτiΣpi)

CH=1/Δ (ΣτiΣpi2-ΣpiΣτipi),

где —

Δ=n iΣ (pi) 2- (Σpi) 2,

где τi и pi — частные значения характеристик, полученных при лабораторных опытах на сдвиг.

Коэффициент вариации и среднее квадратичное отклонение определяется:

Δс=δτ√ (1/ Δ* Σpi2)

δtgφ=δτ√ (n/ Δ)

δτ=√ [1/ (n-2) Σ (pi tgφн+ Сн-τi) 2]

где n — количество проб.

Получение расчетных значений показателей

Для получения расчетных значений показателей необходимо к нормативному значению ввести поправки, учитывающие ухудшение свойств показателей с течением времени. Для этого нормативное значение искусственно уменьшают или увеличивают, т.е. изменяют так, чтобы величина показателя ухудшала свойства грунта по данному показателю.

По ГОСТу-20522 расчетное значение показателя определяется по формуле:

А= Ᾱ (1±ρ)

Где? — показатель точности оценки среднего арифметического

ρ=Vtα, для φ иC

ρ=Vtα/√ n

где V — коэффициент вариации

n — количество проб

tα — коэффициент, взятый по таблице №2 ГОСТа 20522 в зависимости от уровня доверительной вероятности? и числа степеней свободы К

К=n-1 для φ иC

К=n-2 для других показателей.

α — показывает степень достоверности при замене нормативного значения на расчетное, что в свою очередь определяется стадией проектирования и важность проектируемого объекта.

Контрольные вопросы:

Для чего необходимо производить обработку данных исследований (лабораторных, полевых) методами математической статистики?

Что такое графики изменчивости показателей?

Как установить нормальность распределения показателя?

Приведите формулы для вычисления обобщенных расчетных показателей свойств грунтов.

Что такое нормативные и расчетные значения показателей свойств грунтов?

РАЗДЕЛ 3. Физико-геологические и инженерно-геологические процессы и явления

Инженерная геодинамика и ее задачи

Геологическими процессами и явлениями — называют процессы, возникающие в земной коре под действием естественных факторов, и порождающие явления изменяющие природную обстановку и окружающую среду.

Процессы, связанные с производственной и строительной деятельностью человека, называются инженерно-геологическими.

Инженерная геодинамика изучает геологические и инженерно-геологические процессы и явления с целью их количественного прогноза, установления интенсивности их развития, выявления степени угрозы окружающим территориям или возводимым сооружениям.

Инженерная геодинамика занимается вопросами охраны и использования геологической среды, как неотъемлемой части внешней среды.

Категории процессов и явлений

Действие климатических факторов: выветривание, мерзлотные процессы

Выветривание, криогенные и пост криогенные явления

Деятельность ветра (эоловые пр-сы)

Развевание, навевание

Деятельность поверхностных вод

Струйчатая эрозия, оврагообразование, геологическая деятельность рек, абразия, сели

Деятельность подземных вод

Суффозия, плывуны

Деятельность поверхностных и подземных вод

Карст, просадки

Действие силы тяжести на склонах (склоновые или гравитационные процессы)

Оползни, обвалы, осыпи, курумы, лавины.

Проявление внутренней энергии Земли

Сейсмические явления, вулканизм.

Действие производственной и строительной деятельности человека

Деформация основания сооружений, сдвижение горных работ при подземных работах, оседание земной поверхности при эксплуатации полезных ископаемых, усиление сейсмической активности в связи с устройством водохранилищ.

Процессы, связанные с деятельностью факторов выветривания

Выветриванием называется процесс непрерывного изменения и разрушения горных пород под действием ряда внешних факторов. Процесс выветривания начинается с поверхности и распространяется на глубину, постепенно изменяя материнскую породу. В результате процессов выветривания образуется кора выветривания или элювий, которая разделяется на (снизу вверх): монолитную, глыбовую, мелкообломочную зоны и зону тонкого дробления.

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении пород, которое приводит к изменению их гранулометрического состава и образованию обломочных грунтов.

Химическое выветривание проявляется в изменении химического состава горных пород в результате растворения, окисления, гидратации и дегидратации минералов, входящих в состав горной породы.

Биологическое выветривание — разрушение пород в процессе жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов.

Наиболее интенсивно химическое и биологическое выветривание проявляется в теплом влажном климате, тогда как физическое выветривание преобладает в засушливом с резкой сменой дневных и ночных температур.

Мероприятия по борьбе с выветриванием: съем элювия, покрывающего чехлом склон и грозящего обвалами, оползнями, недобор грунтов до проектной отметки в случае, если эти грунты подвержены быстрому выветриванию.

Контрольные вопросы:

Какие процессы и явления называются геологическими, а какие — инженерно-геологическими? Что такое процесс и явление?

Что такое определяющий фактор и на какие виды делятся геологические процессы в зависимости от этого фактора?

Охарактеризуйте виды выветривания и строение выветрелой зоны.

Эоловые процессы

Геологическая роль ветра определяется его энергией и заключается в двух процессах: разрушительном (скальных пород) и переносном (дефляции рыхлых отложений).

Данные процессы приводят к выбиванию частиц породы из массива скальных пород и переносу большого количества мелкообломочного материала в пониженные части рельефа, что формирует пустынные ландшафт.

Формы эоловых отложений:

Барханы — это песчаные холмы, которые медленно перемещаются в направлении ветра (скорость 30 м/год).

Дюны — песчаные грядообразные, вытянутые вдоль побережья холмы, движущиеся внутрь материка.

Грядовые пески — представляют собой вытянутые в форме гряд или валов отложения эоловых песков в районах полупустынь.

Бугристые пески — это более низкие, чем грядовые, холмообразные образования с пологими склонами, покрытые растительностью.

Мероприятия по борьбе с эоловыми процессами

Угроза заключается в том, что при движении барханов или дюн премещаются громадные массы песка, которые засыпают дороги, ирригационные каналы и сооружения, населенные пункты.

Строительство и эксплуатация требуют постоянной борьбы с движущимися песками.

Для этой цели применяются следующие мероприятия:

Устройство щитовых ограждений вдоль дорог и каналов для задержки движения песков;

Закрепление песков различного вида эмульсиями и растворами;

Фитомелиорация — посадка растений, создание лесополос, посев трав и пр.

Контрольные вопросы:

Перечислите виды ветровой деятельности и районы ее проявления в РК.

Назовите формы эоловых отложений.

Назовите мероприятия по борьбе с эоловыми процессами.

Процессы, связанные с деятельность поверхностных вод

Здесь рассматриваются следующие процессы: речная эрозия, морская (озерная) абразия, оврагообразование, сели.

Речная эрозия

Эрозионная деятельность реки осуществляется различными несколькими способами:

при помощи переносимых речным потоком осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал;

за счёт растворения пород ложа (важную роль в этом играют растворённые в воде органические кислоты);

за счёт гидравлического воздействия воды на рыхлый материал ложа (вымывание рыхлых частиц);

дополнительными факторами могут служить разрушение берегов во время ледохода, темроэрозионные процессы и др.

Эрозия может быть направлена на углубление дна долины — донная (или глубинная) эрозия, или на размыв берегов и расширение долины — боковая эрозия. Эти два вида эрозии действуют совместно.

Развитие глубинной (а) и боковой (б) эрозии

Интенсивность глубинной эрозии определяется в первую очередь уклоном русла (и, соответственно, энергией потока). При преобладании глубинной эрозии формируются глубокие врезы с крутыми берегами и V-образным сечением речной долины, пойма развита фрагментарно (на островах и небольших участках у выпуклых берегов излучин). В рельефе такие участки нередко представлены глубокими каньонами.

Интенсивность боковой эрозии зависит от угла подхода стрежени потока к берегу. Стрежень — линия, соединяющая точки наибольших скоростей на поверхности воды. На прямых участках стрежень обычно располагается близ середины водотока, в таких условиях боковая эрозия не проявляется. На извилистых участках происходит отклонение стрежени к одному из берегов, что приводит к сжатию потока и его «набеганию» на этот берег, сопровождающемуся размывом последнего. «Прижимание» потока к берегу обуславливает образование циркуляционного течения, донная ветвь которого направлена к противоположному берегу. Поскольку придонные слои наиболее насыщены обломочным материалом (в том числе и образованным за счёт эрозии берега), то происходит перемещение материала от размываемого берега к противоположному, где происходит его аккумуляция в форме прирусловой отмели. Формирование прирусловой отмели приводит к ещё большему искривлению русла и отклонению стрежени к размываемому берегу, определяя направление боковой и глубинной эрозии. Наибольшая скорость размыва берега отмечается там, где к нему прижимается стрежень потока. Выше и ниже по течению происходит последовательная смена зоны очень сильного размыва сильным, средним, слабым и, наконец, берег перестаёт размываться и переходит в прирусловую отмель. Таким образом, изгиб русла приводит к образованию чередующихся вдоль берега зон ускорения и замедления течения и поперечной циркуляции, направленной от вогнутого берега к выпуклому.

Различные условия взаимодействия речного потока с берегами рек (по Р. С. Чалову):

а — стрежень проходит посередине русла, берега не размываются;

б — поток походит к берегу под углом, вызывая сжатие струй и размыв берега;

у противоположного берега образуется аккумулятивная отмель

(h — превышение уровня воды у вогнутого берега на средним уровнем в данном сечении).

Согласно описанному выше механизму в процессе размыва берегов образуются крутые изгибы речной долины — меандры. Узкие «перегородки» между меандрами в период половодий могут размываться, что приводит к спрямлению русла реки и образованию стариц. Старица — это замкнутый водоем, обычно продолговатой извилистой или подковообразной формы, образовавшийся в результате полного или частичного отделения участка реки от её прежнего русла. Старицы некоторое время могут сохранять связь с рекой, но постепенно входы в них заносятся речными отложениями — происходит их превращение в старичные озёра, а затем — в болота или сырые луга.

В русле меандрирующих рек при уменьшении уклона русла и извилистости могут возникать намывные острова. На широких участках долины при относительно прямолинейных очертаниях русла и поймы может формироваться серия таких островов, что приводит к ветвлению русла — его разделению на несколько потоков. Эти острова перемещаются вниз по течению, постоянно изменяя очертания.

Скорость эрозии определяется сочетанием ряда факторов: энергии потока, состава пород ложа, развития растительности, интенсивности техногенного воздействия и пр. Зависимость скорости размыва берегов от состава пород приведена в таблице.

Речная эрозия нередко приводит к активизации других экзогенных геологических процессов. Так, интенсивная глубинная эрозия, приводит к образованию каньонов и V-образных долин с крутыми склонами, на которых активно проявляются обвальные и осыпные процессы. Подмыв высоких берегов, сложенных трудноразмываемыми породами, при боковой эрозии приводит к развитию оползней, осыпей и обвалов.

Морская (озерная) абразия

В смысле угрозы для сооружений более важной является разрушительная деятельность моря или абразия, которая приводит к отступлению бровки берега в сторону суши, обрушению больших блоков породы, разрушению защитных сооружений и возникновению вторичных явлений таких, как обвалы, оползни.

Факторы, способствующие возникновению абразии, подразделяются на две группы:

1. Ветровые и приливные волны, твердый обломочный материал, переносимый волнами и морскими течениями;

2. Литологический состав и условия залегания горных пород в береговой полосе, водопрочность пород, форма очертания берегового склона.

Определяющим фактором абразии является энергия ветровой и приливной волны, которая формируется под действием ветра и имеет большую энергию размыва.

Морские течения, имеющие сравнительно небольшую скорость, практического значения в процессе размыва не имеют, но играют большую роль в процессе размыва.

Таким образом, основным разрушительным фактором абразии является ударная сила волны.

Вторая группа факторов зависит от пород берегового склона. Это прежде всего литолого-петрографический состав пород. Склоны, сложенные рыхлыми песчано-глинистыми отложениями разрушаются гораздо быстрее, чем сложенные скальными породами.

Условия залегания горных пород также играют значительную роль при разрушении берега. В случае падения пластов в строну берега обрушение его происходит наиболее быстро, т.к. вода подрезает целую пачку пластов или полную мощность слоя. При горизонтальном залегании разрушение берега несколько замедляется и наиболее медленно оно протекает при пологом падении пластов в сторону моря.

Также водопрочность пород играет большую роль при определении интенсивности абразии. Очень большую роль играет форма очертания и крутизна берегового склона.