провода и оконные стекла. Корразия может разрушать такие твердые по­ роды, как граниты.

Эоловая аккумуляция. Материал, переносимый воздухом, в конце концов выпадает на земную поверхность или на поверхность Мирового океана. Эоловый осадок, оказавшись на земной поверхности, как правило, быстро закрепляется растительностью.

Систематическое перевевание песков вблизи от места их первичного залегания с превращением песков различных генетических типов в эоло­ вые пески наносит большой вред инженерным сооружениям. Фитомелио­ ративные методы при борьбе с движущимися песками являются наиболее эффективными, как и при борьбе с дефляцией. Чтобы остановить надви­ гающиеся пески пустыни, строят механические защиты в виде щитов, за­ боров из разных материалов и т.п.

3.3.2.Экзогенные процессы водного характера

3.3.2.1.Процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод

На земную поверхность ежегодно выпадает более 100 000 км3 воды, которая двигаясь совершает громадную геологическую работу. Опреде­ ляющим фактором этой работы является размыв горных пород под дейст­ вием, энергии движущейся воды. Ниже рассмотрим размывание и процес­ сы, связанные с ним, - плоский смыв, струйчатую эрозию, оврагообразование и др.

Размывание пород можно рассматривать как процесс физико­ химического и механического взаимодействия породы и воды, скорость и интенсивность которого зависят как от характера водного воздействия, так и от способности породы отдавать агрегаты и элементарные частицы дви­ жущейся воде, воздействующей на поверхность пород.

Наиболее полно изучено размывающее действие поверхностного водного потока на рыхлые породы (песчаные, гравийные породы и др.). Такие породы оказывают сопротивление размыву почти исключительно за счет веса частиц, поэтому главной задачей изучения является установление зависимости между размерами частиц рыхлых пород и той средней скоро­ стью потока, при которой только начинается размыв породы, т.е. отрыв отдельных зерен и влечение их по потоку (неразмывающая скорость).

Процесс размыва связных грунтов зависит не только от размера час­ тиц, но гораздо в большей степени от характера и величины структурных связей, формирующихся в процессе генезиса пород и постгенетических процессов.

На основании работ Г.С. Золотарева (1955) и С.Д. Воронкевича (1958) можно следующим образом охарактеризовать и сгруппировать по­ роды по размываемости [15].

1.Очень легкоразмываемые породы представлены тонко-, мелко- и среднезернистыми песками и супесями. При изучении размываемости этих пород на первый план выступает энергетическая характеристика волнового воздействия и крупность частиц.

2.Для легкоразмываемых пород характерно наличие слабых ионно­ электростатических и других структурных связей, присущих лессовым по­ родам. Известно, что эти породы быстро разрушаются даже в спокойной воде; их размываемость, очевидно, целиком определяется их размокаемостью, что подтверждается наблюдениями на Цимлянском водохранилище, где отступание бровки склона шло независимо от наличия волнового воз­ действия воды.

3.Среднеразмываемые породы являются очень разнообразными по своему петрографическому составу. К ним относятся мелкие галечники, слабосцементированные песчаники, четвертичные глинистые породы.

4.Трудноразмываемые породы обладают не только прочными ион­ но-электростатическими структурными связями, но и, в какой-то степени, структурными связями химической природы. Для них большое значение имеет новый фактор, способствующий размыву, - выветривание породы. К трудноразмываемым породам относятся также крупные галечники.

5.Представителями очень трудноразмываемых пород являются опоки, аргиллиты, ряд песчаников, мергели и глинистые мергели, перм­ ские пестроцветные глины и др. Исследование в лабораторных условиях показало, что распад этих пород в воде происходит только при переменном увлажнении и высушивании образцов в местах, где ослаблены структур­

ные связи.

6. Исключительно трудноразмываемые породы или практически неразмываемые - магматические и метаморфические породы.

Оврагообразование. Большой проблемой, над которой в настоящее время усиленно работает инженерная геология, является овражная эрозия.

По подсчетам М.Н. Заславского (1979), у нас в стране насчитывается около 13 млн. оврагов. И каждый год существующая овражная сеть возрас­ тает на 26 тыс. км. Эти цифры будут еще более впечатляющими, если до­ бавить, что в определенных инженерно-геологических условиях овраги ак­ тивизируют проявление оползней и возникновение селей.

Глубина оврагов в лессовой толще достигает 80 - 100 м при ширине 150 - 200 м. Естественно, что прокладка линейных сооружений через такие овраги весьма затруднена, но, самое главное, они съедают 'льскохозяйственные угодья и земли государственного лесного фонда.

Формирование оврагов связано с эрозией, под которой понимается размыв и разрушение поверхности земли энергией текущей воды. Этапы образования оврагов следующие: первоначально выпавшие на поверхность земли атмосферные осадки, двигаясь по рельефу, смывают с его поверхно­ сти слой грунта. Этот процесс называется плоский смыв. На крутых скло­

нах отдельные струи соединяются в ручьи и даже в бурные потоки, сте­ кающие по линии максимального уклона, что ведет к образованию рытвин, промоин, желобов. Это второй этап эрозии - струйчатая эрозия. Дальней­ ший размыв горных пород на склонах с образованием единичных вытяну­ тых поперек склона депрессий или целой системы отрицательных форм рельефа и есть конечный этап оврагообразования.

В строении оврага различают следующие элементы: вершину - точку на склоне или водоразделе, до которой дошел овраг в своем развитии; ло­ же оврага - углубление, по которому стекает вода и выше которого круто вверх поднимается склон; устье оврага - место начала оврага, расположен­ ное в нижней части склона, в котором начался размыв; базис эрозии - от­ метка ложа, совпадающая с уровнем выхода водотока.

Мероприятия по борьбе с оврагообразованием включают в себя: за­ прещение вырубки леса и кустарников на ^склонах, их вспашки, производ­ ства земляных работ, неорганизованного сброса поверхностных вод, строительство водозадерживающих валиков и водоотводящих канав и др.

Опыт Молдавии показывает, что за 1966 - 1975 гг. было ликвиди­ ровано 10,5 тыс. оврагов на площади 22 тыс. га. Вмешательство челове­ ка прекратило развитие овражной эрозии и дало большой экономиче­ ский эффект.

Переработка берегов морей, озер и водохранилищ. Воды морей, озер и водохранилищ совершают большую геологическую работу, заклю­ чающуюся в процессах абразии и аккумуляции пород прибрежной зоны. Эти процессы формируют береговую линйю.

К основным факторам воздействия моря или озера на берега можно отнести: энергию (ударную силу) волны; литологический состав и условия залегания горных пород, слагающих береговую полосу, и форму очертания берега. Волны перерабатывают профиль берега в его надводной и подвод­ ной частях, вызывают разрушения (абразию) пород, слагающих берег, и в то же время под их воздействием происходит накопление (аккумуляция) и перемещение наносов.

Типичный профиль абразивного берега имеет, по данным В.П. Зен­ кевича, следующие морфологические элементы (рис. 3.2).

Над уровнем моря возвышается береговой уступ, в нижней части ко­ торого выработана волнами волноприбойная ниша. При ее дальнейшей разработке происходит обрушение уступа и отступание берега в глубь ма­ терика. Далее, в сторону моря вдоль берега развита слабо наклонная поло­ са различной ширины - пляж, сложенная крупным обломочным материа­ лом - продуктами дробления глыб берегового уступа. Ниже расположена подводная абразивная терраса, прикрытая также обломочным материалом, к которой прислонена идущая в глубину аккумулятивная терраса.

Рис. 3.2. Профиль абразивного берега (по В.П. Зенкевичу): 1 - береговой уступ; 2 - волноприбойная ниша;

3 - берег; 4 - пляж; 5, 6 - соответственно абразивная и аккумулятивная террасы

Процесс беспрерывного перемещения, сортировки и дробления ма­ териала происходит в береговой зоне, т.е. по обе стороны линии берега, в полосе пляжа и на абразивной террасе.

Аккумулятивный тип берега всегда более пологий и равнинный (рис. 3.3). Его элементами являются: береговая аккумулятивная терраса, береговой вал, сложенный песчано-гравийными отложениями, пляж, сло­ женный песками, лагуна или лиман, отгороженные от моря, баром, пересы­ пью или подводным валом, и аккумулятивная подводная терраса.

Образование береговых террас происходит путем осаждения твердо­ го материала в верхней части пляжа при очень пологих берегах (угол на­ клона к горизонту не превышает 5°, как, например, на побережье Балтий­ ского моря).

Отложения аккумулятивной равнины обусловлены как накоплением материала береговых валов при отступании моря, так и вторичными явле­ ниями развеивания отложений ветрами, дующими с моря.

Высота берегового вала может достигать 5 м. Скорость намыва зави­ сит от гидрологических условий и частично привнос материала во время шторма бывает больше, чем накопление его в течение нескольких лет. Так, во время бури в Крондштадтском заливе 27 августа 1879 г. образовался вал из песка, гравия и гальки протяженностью около 10 км и объемом до 80 тыс. м3.

Образование береговых валов происходит в том случае, когда на­ правление волн или течение, перпендикулярно к берегу. В случае движе­ ния волн или воды под углом к берегу образуются бары, подводные валы, косы и пересыпи.

Высокая вода (прилив)

Рис. 3.3. Профиль аккумулятивного берега (по В.П. Зенкевичу): 1 - надводная аккумулятивная терраса; 2 - береговой вал;

3 - пляж; 4 - лагуны; 5 -'бар; б - подводный вал; 7 - аккумулятивная подводная терраса

Бар - это вал, поднимающийся выше уровня воды и отделяющий от моря мелководный бассейн - лагуну или лиман. Образование низких над­ водных валов у одного из выступов берега, вдающегося в море, называется

косой.

Косы, протягиваясь от одного берега бухты к другому, образуют Мелководные участки лиманов. В этом случае косы называются пересыпя­ ми или стрелками. Таковы коса Тендерская на Черном море длиной 90 км и Арбатская стрелка в восточной части Азовского моря, отделяющая Си­ ваш, длиной 220 км.

Перемещение наносов вдоль берега может протекать с большой ско­ ростью, составляющей 100 - 700 м/сут.

Вследствие этого строительство каких-либо сооружений в полосе пляжа или срезка его территории при строительных работах может привес­ ти к нарушению сложившегося равновесия, увеличив размыв в одних мес­ тах или аккумуляцию - в других.

Борьба с этими явлениями ведется с помощью возведения в зоне волноприбойной деятельности специальных защитных гидротехнических сооружений двух типов: пассивных и активных.

К сооружениям первого типа относятся: волноприбойные стенки или набережные, каменная наброска из глыб, тетраподы. Это массивные со­ оружения, выполненные из бетона и железобетона или камня и непосред­ ственно защищающие береговой откос или бровку от разрушений волной.

При всей прочности таких сооружений они разрушаются вследствие подмыва основания и ударов волн в течение короткого (5 -1 0 лет) периода времени. Так, набережная в Алуште просуществовала с 1956 по 1980 гг. и в настоящее время полностью разрушена. Поэтому сами по себе пассивные

сооружения неэффективны, они должны сочетаться с сооружениями ак­ тивного типа, к которым относятся молы, волноломы, буны и бетонные пляжи.

Молы и волноломы - это массивные гравитационные сооружения, на­ значением которых является гашение кинетической энергии и удара волны на некотором расстоянии от берега.

Буны и продольные волноломы - сооружения, опирающиеся одним концом («корнем») о берег и выдвинутые перпендикулярно или под углом к берегу в акватории. Буны служат для гашения энергии волн и осаждения наносов, которые образуют в промежутках между бунами полосу искусст­ венного пляжа. В последнее время буны применяются в комплексе с ши­ рокой железобетонной плитой рисбермы, представляющей собой искусст­ венный пляж, хорошо гасящий энергию набегающей волны. Такая конст­ рукция применена для защиты берега, например, в Алуште.

Речные эрозионные процессы. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность суши, стекают по уклону местности с наиболее высоких отметок водораздела вниз (в долины) и аккумулируются в продольных по­ нижениях, имеющих вытянутую форму и следующих уклону местности. Эти понижения носят название рек. Принимая воды временных потоков и дренируя подземный сток, они образуют постоянные водотоки, движущие­ ся в зависимости от уклона местности с большей или меньшей скоростью

инесущие большее или меньшее количество воды. Углубление местности, в котором течет река, называется долиной; площадь долины, ограниченная наиболее высокими отметками (водораздел), носит название бассейна. На­ чало бассейна реки называется истоком, а место ее впадения в другой во­ доем (озеро, море) -устьем. Уровень этого водоема является базисом эро­ зии реки.

Наиболее пониженная часть долины, в которой течет река, в межень называется руслом, а та часть, по которой река разливается в паводок, -

поймой.

Реки совершают громадную геологическую работу, которую с инже­ нерно-геологической точки зрения можно разделить на три вида: 1) раз­ мыв, или собственно эрозия; 2) перенос, или транспортировка; 3) сложение

иаккумуляция.

Каждая река имеет по протяженности три характерных участка: верхнее, среднее и нижнее течения.

Верхний участок, начинающийся от истока, имеет .аксимальный уклон и прямолинейное очертание в плане. На этом участ! „*скорость тече­ ния значительная, вследствие чего река обладает большой жизненной си­ лой и здесь происходит размыв русла в глубину - так называемая донная эрозия.

Ниже по течению расположен второй участок реки, ее среднее тече­ ние. На этом участке уклоны дна заметно уменьшаются, что ведет к пони­

жению скорости течения реки, а значит, и ее живой силы. Здесь река уже не прямолинейна, она делает повороты и изгибы, а это в свою очередь, ве­ дет к интенсивному развитию боковой эрозии, которая приводит к обру­ шению подмытых берегов и, следовательно, к расширению долины реки. Этому же способствует и подмыв реками своих правых берегов (по закону Бера). Таким образом, на втором участке река разливается в ширину, а ее воды захватывают, переносят и частично откладывают продукты размыва.

На третьем, нижнем участке уклоны дна становятся минимальными, вследствие чего река прекращает размыв и на смену ему приходит отложе­ ние наносов двух верхних участков. Здесь река обладает очень малыми скоростями течения, меандрирует среди собственных наносов, образует старицы.

В процессе своего движения в зависимости от скорости течения и размеров твердых частиц река перекатывает, переносит во взвешенном со­ стоянии или в растворенном виде большое-количество размытой горной породы, частично откладывая ее по пути в виде аллювиальных отложений, частично вынося в море. При этом работа размыва берегов и дна происхо­ дит не только в результате динамической силы потока, но и вследствие ис­ тирания их частицами, влекомыми водой.

Вода, обладающая запасом кинетической энергии, ударяет в вогну­ тый берег, совершая работу размыва. Под этим берегом образуется углуб­ ление - плес, в результате чего берег обрушается и отступает в глубь суши. Потерявшая запас энергии струя откладывает внизу по течению и на вы­ пуклых берегах продукты размыва. Так образуются побочни и перекаты - наиболее мелкие места в русле реки.

И.В. Попов считает, что плесы, перекаты и побочни постепенно смещаются вниз по течению; по мере того как извилистость русла под дей­ ствием потока увеличивается, извилины тоже смещаются вниз по течению.

Река производит большую геологическую работу размыва, перено­ са и отложения грунтов. Эта работа представляет собой двоякую угрозу. С одной стороны, размыв угрожает сооружениям, расположенным на подмываемых берегах (здания, дороги, набережные), а с другой сторо­ ны, отложение наносов в реке затрудняет судоходство, приводя к обме­ лению рек.

Рассмотрим влияние речной эрозии на устойчивость нефтепродуктопровода «Пермь - Альметьевск» на участке р. Белой. Критерием устойчи­ вости нефтепродуктопровода (НПП) является величина заглубления НПП на 0,5 м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва русла реки, но с заглублением не менее 1 м от естественных отметок дна водотока.

Для решения этого вопроса необходимо дать прогноз интенсивности эрозионных процессов сроком на 25 - 30 лет, который осуществляется расчетным путем или методом аналогий.

Для оценки русловой эрозии р. Белой в створе перехода НПП «Пермь - Альметьевск», проводимой с помощью метода аналогий, исполь­ зованы данные многолетних промеров и водолазных обследований пере­ хода НПП «Калтасы - Салават», расположенного выше по течению на 50 - 120 м. Анализ полученной информации показывает, что интенсивность ру­ словой эрозии на переходе НПП «Калтасы - Салават» составляет 0,15 м/год. Отсюда глубина заложения трубопровода на переходе НПП «Пермь - Альметьевск» принята равной 5 м.

Эрозионная работа зависит от массы воды, изменяющейся в зависи­ мости от гидрологических условий (паводок, межень), и скорости ее дви­ жения. В этом отношении гидрологические условия равнинных рек резко отличаются от горных. Равнинные реки несут во время паводка огромные массы воды при сравнительно малой (2 - 2,5 м/с) скорости, и наоборот, горные реки при небольшом расходе имеют скорость более 5 м/с.

Кроме того, эрозионная работа в значительной степени зависит от состава тех пород, в которых река прокладывает русло. Чем больший рас­ ход реки и чем более легко поддаются размыву породы, тем большая ин­ тенсивность эрозии.

Горные реки текут в глубоких ущельях, сложенных скальными по­ родами, и в период снеготаяния переносят валуны и камни массой сотни килограммов. При этом русло их достаточно статично на протяжении де­ сятков и сотен лет.

Равнинные реки (Волга, Амударья, Енисей) относятся к категории пол­ новодных рек, однако интенсивность размыва у них различна. Так, Енисей и Амударья имеют одинаковую скорость течения, но русло первой проложено в крупных галечниках, а второй - в лессовых отложениях. В результате даже сильные паводки практически не меняют русла реки Енисей, в то время как Амударья за одну ночь может прорыть себе новое русло.

Явления размыва, переноса и отложения рекой горных пород пред­ ставляют собой непрерывную вековую геологическую работу реки и, как бы­ ло показано выше, ведут к нарушению хозяйственной деятельности человека, как на самой реке, так и в границах прилегающей к ней территории.

Заболачивание. Под болотом понимают такие участки земной по­ верхности, на которых мощность торфа в неосушенном состоянии более 0,5 м; при меньшей мощности торфа участки называют заболоченными землями.

По данным С.Н. Тюремнова (1956) и других исследователей, все торфяные массивы, залегающие с поверхности, имеют голоценовый воз­ раст. Таким образом, торф - это молодые фитогенные горные породы, не прошедшие какой-либо стадии литогенеза, возникающие в процессе заболачивания территории.

На условия заболачивания оказывают влияние: климат, рельеф, мор­ фология. литология и засоленность пород минерального дна болот, тип и

характер водно-минерального питания, новейшие тектонические движе­ ния, тип и глубина развития почвенного процесса.

Из всех факторов, определяющих ход процесса заболачивания, важ­ нейшими являются равнинность территории при слабой ее расчлененности и избыточное увлажнение. Годовое количество осадков должно преобла­ дать над.суммарным испарением с поверхности и стоком.

К.А. Вебер (1908) произвел классификацию болот по условиям пита­ ния и выделил следующие типы болот: 1) верховые (олиготрофные) - с растительностью, малотребовательной к питательным веществам (сосна, багульник, сфагновые мхи и др.); 2) низинные (эфтрофные) - с раститель­ ностью, очень требовательной к питательным веществам (береза, ива, осо­ ка, зеленые мхи и др.); 3) переходные (мезотрофные) - с растительностью, занимающей промежуточное положение (смешанная растительность двух типов).

С позиций решения инженерных задач торфяные массивы характе­ ризуются следующим образом:

1.Прочностные характеристики торфяных массивов в значительной степени зависят от их состояния (влажности торфов и обводненности бо­ лот) и степени разложения. Наибольшей прочностью и лучшей проходи­ мостью обладают торфяные массивы, в составе которых присутствуют торфяные отложения слабой и средней степени разложения.

2.Все торфяные массивы можно подразделить на три инженерно­ геологические группы: I - слабообводненные торфяные массивы с несу­ щей способностью > 0,025 МПа, а растительный покров - лесного и лесо­ степного подтипа; II - среднеобводненные торфяные массивы, у которых несущая способность составляет 0,025 - 0,01 МПа; III - сильнообводнен­ ные торфяные массивы, в строении которых значительную долю состав­ ляют торфы текучей консистенции, для которых характерно наличие линз

ипрослоев воды, жидких болотных образований и воды в виде вторичных озерков и проток; их несущая способность менее 0,01 МПа.

При возведении линейных сооружений осушение торфяных масси­ вов первой группы обычно не проводится, так как осушенные торфяники огнеопасны. Торфяные массивы второй группы подвергаются предвари­ тельному осушению или частичному выторфовыванию. Сильнообводнен­ ные торфяные массивы пересекаются магистральными сооружениями обычно в насыпи, посаженной непосредственно на минеральное дно или вертикальные и горизонтальные заполненные песком дрены. Заполнение песком вертикальных или горизонтальных дрен вызвано необходимостью предохранения торфяных массивов от заплывания, образования противофильтрационных пробок и для улучшения несущей способности массивов.

Заболачивание может происходить и под влиянием деятельности че­ ловека. Особенно это характерно при создании водохранилищ, вызываю­ щих подъем уровня грунтовых вод.

Сели - это временные грязекаменные потоки, насыщенные твердым материалом размером от глинистых частиц до крупных камней, которые могут изливаться с огромной силой с гор на равнины. Сели возникают по долинам горных рек, в долинах, балках и оврагах, имеющих в верховьях значительные уклоны порядка 0,35. На III Всесоюзной селевой конферен­ ции в 1952 г. принято деление селей по характеру их движения, зависяще­ му от степени насыщенности твердым материалом, на две категории: связ­ ные, или структурные, и текучие, или турбулентные.

Для возникновения селя необходимы определенные геологические, геоморфологические и климатические условия. Под геологическим усло­ вием образования селя понимают накопление продуктов выветривания горных пород, осыпавшейся щебенки, делювиальных отложений и другого рыхлого материала, который легко может размываться и переноситься во­ дой. Без этого сель возникнуть не может. В высокогорных областях мороз­ ное выветривание усиливает интенсивность физического выветривания и тем самым способствует накоплению материала, необходимого для воз­ никновения селя. Образованию селя способствует обнаженная, незадернованная поверхность склонов.

Роль геоморфологических условий заключается в том, что для воз­ никновения селя необходима большая площадь водосборного бассейна с крутыми склонами и большими уклонами русел рек или тальвегов овра­ гов. Особенно важна соответствующая крутизна ложа, по которому дви­ жется сель.

Следующим необходимым фактором для возникновения селя явля­ ются определенные сочетания климатических условий. Сели не образуют­ ся во время весеннего снеготаяния, поскольку на увлаженных склонах ос­ тается мало продуктов выветривания, так как они постепенно сносятся вниз талыми водами. Для образования селя нужны ливни после засушли­ вого периода, которые способны сразу же захватить большое количество рыхлого материала, накопившегося на склонах. То же достигается и при возникновении катастрофического потока гляциального характера, но в этом случае большая роль принадлежит боковой эрозии, захватывающей материал, накопившийся в нижней части склонов.

Многочисленные данные показывают, что многообразная деятель­ ность человека, такая, как вырубка леса, выпас скота, отвал породы при добыче руд в долинах рек, может вызвать сели антропогенн а о характе­ ра, как в селеопасных районах, так и в тех районах, их никогда раньше не было.

Борьба с селями - это один из вопросов охраны и рационального ис­ пользования геологической среды, так как в ряде районов они имеют ши­ рокое распространение. Для борьбы с гляциальными селями возводят пло­ тины в верховьях рек, сквозные селеуловители, рассчитанные на задержа­ ние камней, селехранилища, проводят фитомелиоративные мероприятия, а