Инженерная геодинамика

Инженерная геодинамика – раздел инженерной геологии, который изучает геологические процессы в верхней части земной коры в связи с инженерно-строительной деятельностью человека.

Геологические процессы принято делить на природные, развивающиеся стихийно в природных, ненарушенных человеком условиях и инженерно-геологические, вызванные инженерно-строительной деятельностью человека.

В настоящее время в инженерно-геологической науке, а также в специальных строительных нормах и правилах широко используется термин «опасные геологические и инженерно-геологические процессы», под которым понимают «сейсмическое сотрясение, извержения вулканов, оползни, обвалы, осыпи, карст, сели, переработку берегов, подтопление и другие процессы, возникающие под влиянием природных и техногенных факторов и оказывающие отрицательное воздействие на строительные объекты и жизнедеятельность людей» (СП 11-105-97).

Важнейшими задачами инженерной геодинамики являются:

- изучение причин возникновения и динамики развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов;

- прогноз влияния этих процессов на устойчивость проектируемых зданий и сооружений и условия их эксплуатации;

- инженерно-геологическое обоснование защитных мероприятий.

Геологические процессы, связанные с деятельностью поверхностных и подземных вод Карст

Под карстом понимают совокупность процессов и явлений, связанных с растворением трещиноватых пород (известняков, гипса, каменной соли) и образованием отрицательных форм рельефа на поверхности земли и различных полостей, каналов и пещер в глубине. Нередко развитие карста сопровождается провалами и оседанием пород, образованием воронок, озер и других впадин на земной поверхности.

Находящаяся на известняковом плато Карст пещерная система Постойне (г. Постойна) является одной из самых больших в Европе. Признанные ЮНЕСКО памятником всемирного наследия Постойнские пещеры, уходящие в даль своим галереями и гротами более чем на 20 км.

Термин карст произошел от одноименного название известнякового плато в бывшей Югославии близ г.Триеста, где подобные явления наиболее развиты.

Горные породы, которые подвержены развитию карста, называют карстующимися, массивы горных пород – закарстованными, а районы где развивается карст – карстовыми.

Провалы и оседания земной поверхности, вызванные карстом, представляют значительную опасность для существующих зданий и сооружений. Особенно это относится к строительству и эксплуатации в карстовых районах гидротехнических, транспортных и подземных сооружений.

Карст широко распространен в мире. Карсту подвержена значительная часть всей суши Земли, в том чиле большие площади России (центральная часть Русской равнины, западное Приуралье, Приангарье, Северный Кавказ и многие другие районы, где имеются растворимые горные породы. Интенсивность развития карстовых процессов может быть весьма высокой. Так, например, в США в штате Алабама за последнее время возникло огромное число искусственно вызванных провалов и оседаний земной поверхности, связанных с техногенной активацией карста. Отдельные воронки достигали 50-60 м в диаметре и до 30 м глубиной.

Необходимыми условиями развития карста являются:

- наличие растворимых горных пород;

- трещиноватость пород, обеспечивающая проникновение воды;

- растворяющая способность воды и ее активная циркуляция по трещинам.

При сочетании на конкретном участке этих условий развитие карста неизбежно, при исключении хотя бы одного из них – карст не образуется.

По характеру растворимых пород различают три основных типа карста:

1. Карбонатный карст – распространен в мире наиболее широко, развивается очень медленно, так как он связан с труднорастворимыми породами – известняками, долмитами.

2. Сульфатный карст – распространен в среднерастворимых породах, скорость развития карстовых процессов соизмерима со сроками строительства и эксплуатации сооружений.

3. Соляной карст – имеет наибольшую скорость развития (легкорастворимые каменная, калийные и другие соли).

Схема карстовых процессов в горном массиве: 1 - карры; 2 - воронки; 3 - естественные шахты и колодцы; 4 - пещерная галерея; 5 - вертикальная пещерная полость; 6 - сталактиты; 7 - сталагмиты и сталагнат (натёчная колонна); 8 - натёчные драпировки; 9 - подземные водотоки; 10 - сифон; 11 - подземный водопад; 12 - грот с карстовым источником типа воклюз; 13 - вход в пещерную систему

Существует два основных типа карстового рельефа:

- закрытый, когда карстующиеся породы покрыты толщей нерастворимых пород различной мощности;

- открытый (поверхностный), при котором карстующиеся породы выходят непосредственно на дневную поверхность.

Поверхностный карст.

Для инженерной защиты зданий и сооружений от карста применяют следующие основные мероприятия (СНиП 22-02-2003): водозащитные, геотехнические (укрепление оснований) и конструктивные.

Существует три основных направления противокарстовой защиты.

К первому относят активные меры, направленные на коренное изменение или предотвращение карстового процесса:

- укрепление оснований путем заполнения карстовых полостей и трещин песчано-глинистым материалом, а также нагнетанием в них цементного раствора, горячего битума, жидких смол;

- опирание фундаментов на надежные или закрепленные грунты.

Второе направление противокарстовой защиты предусматривает максимальное сокращение инфильтрации поверхностных, техногенных и хозяйственно-бытовых вод в грунт (вертикальная планировка земной поверхности, противофильтрационные завесы и экраны, дренаж агрессивных подземных вод, ограничение откачек подземных вод).

Третье направление конструктивные меры применяется при невозможности укрепить или предохранить закарстованный массив от развития карста. В их состав входят специальные конструктивные решения фундаментов, повышение прочности жестких сооружений.