Контрольная работа по "Геологии"

Формы карста. В процессе выщелачивания в карстующихся породах образуются различные по своему положению и форме пустоты, или карстовые формы.

По отношению к земной поверхности различают два типа карста: открытый и скрытый. При открытом типе карстующиеся породы лежат непосредственно на поверхности земли, а при скрытом они перекрываются слоями нерастворимых водопроницаемых пород и лежат на некоторой глубине. Примером открытого карста могут быть районы молодых складчатых гор (Кавказ и др.). Скрытый карст распространен на Русской равнине.

Из многочисленных форм карста наиболее часто встречаются: на поверхности  земли — карры, воронки, полья и в глубине карстующихся толщ — каверны и пещеры.

Карры — мелкие желоба, борозды и канавы на склонах рельефа местности из карстующихся пород в виде известняков (рис. 6). Глубина карров колеблется от нескольких сантиметров до 1—2 м.

Воронки —углубления различных форм и размеров (рис. 7). Диаметр их колеблется от 3—4 до 40—50 м, глубина от 1—2 до десятков метров.

По происхождению воронки  разделяют на поверхностные и провальные. Поверхностные воронки образуются в результате вы-

                                  

                                                                 Р и с. 6. Карры в известняках                 Рис. 7. Карстовая воронка в мергелях            Рис. 8. Пещера в известняках

щелачивания и размыва пород атмосферными и талыми водами в области открытого карста. Форма этих воронок обычно блюдцеобразная. Провальные воронки возникают при обрушении кровли над подземными пустотами (пещерами и т. д.), образовавшимися также в процессе карстообразования. Значительные по размерам провальные воронки иногда именуют пропастями. Свежие провальные воронки имеют шахтообразную форму. В дальнейшем, в частности в гипсах и солях, края воронок приобретают плавные очертания.

На дне воронок всегда есть трещины, по которым вода поступает в глубину массива пород. В большинстве случаев воронки располагаются по определенным линиям, которые соответствуют основному направлению трещин массива. Такие вытянутые серии воронок иногда преобразуются в карстово-эрозионный овраг.

Полъя возникают в результате постепенного объединения воронок или опускания больших участков земной поверхности в результате карстового выщелачивания пород на глубине толщ. По длине полья простираются на сотни метров и даже километров, глубина достигает нескольких метров.

Каверны образуются в результате растворения пород по многочисленным трещинам. Карстующиеся породы становятся похожими на пчелиные соты.

Пещеры — подземные пустоты, формирование которых связано с растворением пород и сопровождается эрозией и обрушением. Колебание базиса коррозии нередко приводит к появлению пещер, располагающихся в несколько этажей. В качестве примера можно привести Жигулевские горы. На рис. 8 показана пещера в известняках.

В массиве карстующихся пород наблюдается обычно несколько пещер, связанных воедино ходами и трещинами, по которым циркулирует подземная вода. Пещерам свойственны озера и подземные реки.

Пещеры разнообразны по форме  и размерам. Наиболее крупной среди известных является Мамонтова пещера в Северной Америке. Если все проходы и галереи этой пещеры вытянуть в одну линию, то их длина составит 240 км. Высота одного из залов достигает 40 м при размере в плане 163 х 87 м. Самой высокой в мире пещерой среди известных является Анакопийская пропасть в Новом Афоне (Кавказ). Один из ее залов имеет высоту более 70 м.

Строительство в карстовых  районах связано со значительными трудностями, так как карстующиеся породы являются ненадежным основанием. Пустотность снижает прочность и устойчивость пород, как оснований зданий и сооружений. Развитие карстовых форм может вызвать недопустимые осадки или даже полное разрушение конструкций. Карстовый процесс особенно опасен для гидротехнических сооружений. Через карстовые пустоты возможны утечки воды из водохранилищ, каналов. При строительстве в карстовых районах необходимо осуществлять ряд мер, направленных на прекращение развития карстовых форм, повышения устойчивости и прочности пород:

• предохранять растворимые породы от воздействия поверхностных и подземных вод, что достигается планировкой территории, устройством системы ливнеотводов, покрытием поверхности слоем жирной глины, выполняющей роль гидроизоляции. Фильтрация подземных вод пресекается сооружением дренажных систем;
• упрочнять карстующиеся породы и одновременно предотвращать доступ в них воды, что может быть достигнуто нагнетанием в трещины и мелкие пустоты жидкого стекла, цементного или глинистого раствора, горячего битума.

В карстовых районах предусматривают  строительство зданий малочувствительных к неравномерным осадкам, фундаменты свайного типа и другие специальные  конструктивные решения.

Для правильного проектирования зданий и сооружений в карстовых  районах необходимы детальные инженерно-геологические исследования, которые должны носить комплексный характер. При этом изучают климат, растительность, гидрологию, геоморфологию, геологию местности, подземные воды и в том числе все, что связано с самими карстовыми формами, что собственно определяет СНиП 11.02—96.

Инженерно-геологические  исследования позволяют обнаружить и нанести на карту районы карстующихся пород, выделить наиболее опасные участки, где капитальное строительство практически невозможно, определить наличие карстовых форм под землей. В этом некоторую помощь могут оказать геофизические методы разведки, в частности электроразведка.

Принципиальное значение имеет определение степени активности карстового процесса. В связи с этим различают: действующий карст, который развивается в современных условиях, и пассивный, или древний, карст, развитие которого происходило в прошлом. В последнем отсутствует циркуляция воды. Такие карстовые формы часто содержат делювиально-пролювиальный материал, задернованы, покрыты кустарниковой и даже древесной растительностью. При изменении базиса коррозии и других причин пассивный карст может перейти в активную стадию.

При активном карсте степень  закарстованности пород продолжает возрастать. Для растущих карстовых форм характерны четкие очертания, циркуляция воды, зияние трещин, отсутствие древесной растительности.

Возможности возведения сооружения в районе активного карста определяют сроком службы и особенностями его эксплуатации. В связи с этим важное значение имеет определение скорости развития карстового процесса. Для приближенной оценки степени закарстованности территории и скорости развития карста существует ряд способов, в том числе длительное наблюдение за карстообразованием в данном районе. Карстовые районы по степени устойчивости можно разделить на пять категорий:

1. весьма неустойчивые, образуются по 5—10 воронок в год на 1 км²;

2неустойчивые — 1—5  воронок в год на 1 км²;

2. средней устойчивости — 1 воронка на 1 км² за время от одного года до 20 лет;
3. устойчивые — 1 воронка на 1 км² за 20—50 лет;
4. весьма устойчивые, на которых отсутствуют или имеются лишь старые воронки; свежих провалов не зарегистрировано за последние 50 лет.

Скорость развития карстового процесса можно определить с помощью  показателя активности карстового процесса

A = (V/V₁) 100%,

где А — показатель активности карстового процесса; V — объем растворенной в течение 1000 лет породы; V₁— объем карстую- щихся пород.

Задание №8.

     Охарактеризовать методы инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, (геофизические исследования). Описание должно быть кратким и сопровождаться схематическими рисунками.

Геофизические методы исследования обычно сопутствуют разведочным работам и в ряде случаев позволяют значительно сократить объем шурфования и бурения. В большинстве случаев они применяются параллельно с другими исследованиями. С их помощью с определенной степенью достоверности можно изучать физические и химические свойства пород и подземных вод, условия залегания, движение подземных вод, физико-геологические и инженерно-геологические явления и процессы.

В практике инженерно-геофизических  изысканий основное место занимают сейсмометрия и электрометрия.

Сейсмические  методы основаны на различии в скоростях распространения упругих колебаний, возникающих как от естественных причин, так и от специально проводимых взрывов. В последнее время в инженерно-геологических работах используют разнообразные, в том числе одноканальные, микросейсмические установки. С их помощью можно установить глубину залегания скальных пород под наносами, выявить дно речных долин, карстовые полости, уровень грунтовых вод, мощность талых пород в вечной мерзлоте и т. д. В сложных сейсмических и в городских условиях этот метод недостаточно точен.

Электроразведка основана на исследовании искусственно создаваемого в массивах пород электрического поля. Каждые породы, в том числе сухие и насыщенные водой, характеризуются своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разнятся эти удельные сопротивления между собой, тем точнее результаты электроразведки для данной строительной площадки.

Наибольшее применение при  инженерно-геологических исследованиях нашли электропрофилирование и вертикальное электрозондирование.

При электропрофилировании на исследуемом участке погружают в грунт серию электродов по намеченным створам и на каждом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов (рис. 1). Это дает сведения об изменении на участке удельного сопротивления, что может быть связано, в частности, с наличием пустот карстового происхождения.

Вертикальное  электрическое зондирование (ВЭЗ) позволяет определять глубину залегания коренных пород и уровень подземных вод, дна речных долин, выделять слои различного литологического состава, в том числе водопроницаемые и водоупорные пласты и т. д. Сущность этого метода заключается в том, что по мере увеличения расстояния между питающими электродами А и Б (рис. 2) линии токов перемещаются в глубину. Глубина электрического зондирования зависит от расстояния между точками А и Б и составляет в среднем ¹/₃ (или 1/4) этого расстояния. Измеряя силу тока между питающими электродами А и Б и разность потенциалов между приемными электродами В и Г, можно найти значения электрического сопротивления пород. По этим данным, например, можно уже построить геологический разрез. На рис. 3 показана кривая ВЭЗ в сопоставлении с данными бурения. Рисунок показывает, что ВЭЗ четко определяет геологическое строение данной толщи пород.

Рис. 1. Электропрофилирование толщи пород: 1 — измерительный прибор;

2—5 — электроды

 

Рис. 2. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) толщи пород:

1 — потенциометр; 2— источник питания; А, Б, В, У—электроды; 3 — эквипотенциальные

линии; 4 — линии тока

 

                         б

Рис. 3. Электроразведка толщи пород;

а — элекгропрофиль через карстовую полость, заполненную песком; б — карстовая полость с песком в известняках; в — буровая колонна; г — кривая ВЭЗ