1.5 Физико-геологические процессы и явления

Экзогенные и геологические процессы (ЭГП) и явления значительно усложняют условия строительства, а порой делают земли не пригодными для застройки, либо требуют огромных материальных затрат на проведение мероприятий и строительство сооружений защитного характера от ЭГП

На территории Нижегородской области развиваются следующие виды ЭГП: выветривание, денудация, овражная и речная эрозия, оползневой процесс, карст, суффозия, заболачивание, солифлюкция, эоловый процесс, морозное пучение. Из инженерно - геологических процессов следует отметить подтопление, аброзионный процесс и переработку берегов в пределах созданных водохранилищ (Горьковское и Чебоксарское).

К наиболее опасным геологическим процессам (ОГП) и явлениям относятся оползневой и карстовый процессы, овражная и речная эрозия, заболачивание, переработка берегов. Эти процессы характеризуются масштабностью своего проявления, а часто и внезапностью. Именно эти виды процессов изымают из народно-хозяйственного пользования огромные участки земель.

В пределах инженерно-геологческого района предполагаемого строительства развиты такие экзогенные процессы, как интенсивная овражная эрозия, оползни, просадки. Оползни являются обычным явлением по бортам долин, по склонам оврагов, берегам водохранилищ.

Оползень - скользящее смещение горных пород под действием гравитации без потери контакта с поверхностью. Выделяют следующие геоморфологические элементы оползня: тело оползня (сползшая масса пород, сохранившая монолитность, либо распавшаяся на отдельные блоки), язык оползня (часть оползших пород, выдвинувшаяся за границу поверхности отделения), стенка срыва (над телом оползня возвышается крутая стенка, по которой произошел отрыв оползших масс от массива пород), поверхность или плоскость скольжения (по ней происходит скользящее движение пород), бровка оползня (бровка стенки срыва), подошва или основание оползня (нижний край, представляющий выход поверхности скольжения на поверхность), борта оползня (правый и левый, смотря сверху вниз склона по направлению смещения).

Длина оползня измеряется от бровки срыва до нижней границы сместившихся масс, ширина - между бортами.

Классификаций оползней чрезвычайно много. Наиболее часто применяют следующие классификации:

по характеру развития смещения (деляпсивные, детрузивные оползни); . по характеру захвата горных пород (оползни 1го порядка, оползни 2го порядка);

- по стуктуре оползневого склона и положению поверхности смещения ( асеквентные,1 консеквентные, инсеквентные);

- по возрасту и фазам развития (современные, древние оползни).

Для классификации оползней Нижегородско-Чебоксарского Поволжья наиболее приемлема классификация К.А.Гулакяна, В.В.Кюнтцеля, которая наиболее полно отражает особенности развития оползней в породах татарского яруса и отложениях четвертичной системы. Она позволяет учитывать факторы — условия образования оползней (крутизна поверхности, геологическое строение, гидрогеологические условия, физико-механические свойства пород) и факторы - процессы, обусловливающие их динамику (климатические условия, режим подземных вод, подмыв основания склонов), т.е. в конечном итоге кинематику и динамику оползневого процесса. Существующие представления о механизме оползневых процессов позволяют разделить все многообразие оползней на 2 группы. Согласно указанной классификации, к I группе относятся оползни, приуроченные к породам коренной основы, отличающиеся относительной сохранностью первоначальной структуры смещающихся пород, ко П группе относятся оползни, характеризующиеся полным изменением структуры, состояния и свойств всей массы смещающихся пород четвертичных отложений.

Оползни I группы происходят сравнительно редко,захватывают часть склона, иногда весь склон от плато до уреза реки и ниже.

В этой группе выделяют 3 типа оползней, отличающихся основными оползнеобразующими факторами и морфологическими особенностями.

Оползни выдавливания производят большое впечатление своими размерами. Происходят они вследствие раздавливания пород в глубине массива и последующего их выдавливания. Подготовка оползня происходит скрытно, смещение происходит буквально за несколько минут и часто носит катастрофический характер. Под оползшими породами могут оказаться здания и люди. Если появляются трещины за 1-3 суток до основного смещения и их удается обнаружить, то жертв и большого материального ущерба удается избежать.

Длина оползней выдавливания > 80-100м, ширина > 50-60м, глубина захвата смещением до 20-40м, в отдельных случаях до 50-60м. Для оползней выдавливания характерна крутая, почти вертикальная стенка срыва высотой до 15-20м, наличие крутых ступенчатых блоков с почти горизонтальной поверхностью и вала выпирания (вала выдавливания) у подошвы оползня.

Оползни выплывания бразуются при выплывании песчаных разностей пород в следствие действия веса вышележащих пород и при высоких гидравлических градиентах. Основным деформируемым горизонтом (ОДГ) чаще всего являются алевролиты глинистые, реже песчаники глинистые тонкозернистые. Оползни выплывания происходят редко, признаки начавшегося смещения фиксируются за несколько дней по начавшемуся выносу песчаных частиц вместе с выклинивающимися подземными водами. Длина оползней выплывания от 20 до 50м, ширина может достигать 60-100м, глубина захвата смещением 6-10м, стенка срыва почти вертикальная, но высота её обычно не превышает 5-7м. Ступенеобразные блоки имеют различную направленность поверхности (в сторону склона, в сторону смещения, почти горизонтальное).

Оползни скольжения наиболее распространены среди оползней I группы. Смещением захватывается выветрелая зона коренных пород и покрывающих её четвертичных отложений. Смещение происходит быстро, вследствие хрупкого разрушения пород, переходящего в срез. Длина оползней 30-80м, ширина 50г60м, иногда >60м, глубина захвата смещением от 5 до 15-20м. Для оползней выдавливания характерно наличие мелких ступенеобразных блоков пород, запрокинутых в сторону склона.

Оползни I группы обычно происходят на склонах с коэффициентом устойчивости 1 и менее, при крутизне склонов 18-28 и более, при наличии в разрезе пород с пониженными прочностными характеристиками (чаще всего это глины). Конфигурация склонов может быть вогнутой, прямолинейной и выпуклой. Оползни выдавливания чаще всего происходят на вогнутых склонах, в январе - феврале, когда снеговой покров достигает максимальной высоты, оползни вьплывания обычно в весенний период, оползни скольжения могут любые сезоны года, но как правило, при значительном увлажнении пород на значительную глубину.

Оползни II группы составляют 80-95% от общего количества оползней, происходят ежегодно, особенно активны в весенний период. Происходят на склонах крутизной 8° и выше. Основные оползнеобразующие факторы - атмосферные осадки, подземные воды, подмыв основания склона. В этой группе выделяется также 3 типа оползней.

Оползни течения наиболее распространены. Основной деформируемый горизонт атмосферными осадками, либо различного вида водами (подземными в период высокого положения уровня, техногенными и др.) приобретает текучее состояние и начинается медленное смещение пород, которое может продолжаться от нескольких суток до 1-2 месяцев Поверхность оползней имеет бугристый характер, реже мелкоступенчатый. Размер оползней довольно различен: длина до 12-20м, ширина до 20-50 м, глубина захвата смещением от 3 до 5-8м. Иногда, в аномальные годы, происходит массовая активизация оползней и границы между соседними оползнями трудно установить. На первый взгляд представляется,что это единый крупный оползень, захватывающий весь склон и достигающий размеров 200-500 х 500-600 м2. Такое явление наблюдается в годы с большим количеством осадков в предшествующий осенний период, с большой высотой снежного покрова к концу февраля, с медленным снеготаянием в весенний период и высоким подъемом уровня подземных вод в апреле - мае.

Оползни течения развиваются в элювиально-делювиальных, аллювиальных, озерно-аллювиальных отложениях.

Оползни проседания встречаются редко и поражают только лессовидные суглинки и супеси, для которых характерным признаком является их просадочность. Размер оползней небольшой: длина редко превышает 20-30м, ширина 30-40м, глубина смещения чаще до 3-4 м, реже до 5-6м. Стенка срыва оползней обычно почти отвесная высотой 1,5-4,0м. Тело оползня одноступенчатое, реже двухступенчатое. Ступени представляют террасы с почти горизонтальной поверхностью.

Основным оползнеобразующим фактором являются атмосферные осадки в виде затяжных дождей.

Оползни разжижения - смещение пород в виде грязевого потока, вследствие мгновенной потери прочности. Оползням этого типа подвержены только лессовидные суглинки, возможно это связано с их макропористостью и столбчатой отдельностью. Смещение происходит быстро (1-3 минуты) и на месте оползших пород остаются лишь пустые колбы вьшлывания. Разжиженные породы устремляются вниз по незатронутому смещением склону и растекаются по встреченным террасам, либо по дну оврагов. Длина оползней 20-50м, ширина 10-30м. Глубина захвата смещением не превышает 3-5м. Причиной разжижения грунтов могут быть интенсивные атмосферные осадки. Оползни часто происходят во время ливней.

Оползни II группы столь многочислены, что, несмотря на свои преимущественно небольшие размеры, поражают склоны с большей интенсивностью, нежели оползни I группы. Коэффициент площадной пораженности ими в десятки раз выше, чем оползнями I группы.

Борьба с оползнями во многих случаях оказывается чрезвычайно сложной, дорогостоящей и зачастую неэффективной. Легче оползни предотвратить, нежели бороться с начавшимся смещением. Для успешного применения противооползневых мероприятий необходимо высококачественное выполнение инженерно-геологических изысканий.

Основными факторами в образовании оползней являются следующие: предельная крутизна склонов, наличие водоносных горизонтов, подмыв основания склонов, сосредоточенная инфильтрация атмосферных осадков. На нейтрализацию воздействия этих факторов и направлены защитные мероприятия: планировка и террасирование склонов с последующим одернованием и травосеянием, устройство подпорных стенок, проходка дренажных штолен и обустройство дренажей неглубокого заложения, берегоукрепительные мероприятия и сооружения (защитные покрытия, контрбанкет, контрфорс, набережные и т.д.), водоотводные лотки-перехватчики, лотки быстротоки, каптаж источников и др., искусственное уплотнение и закрепление пород на склонах путем инъекций (цементация, силикатизация, бутумизация, глинизация).

Овражная эрозия. Овражная эрозия имеет довольно широкое развитие и может поражать огромные по площади регионы.

При таянии снега и во время дождей образуются ручейки и потоки. Возникает струйчатая эрозия. Образуются промоины мелкие и глубокие, узкие и широкие. Они дают начало оврагам. Развитию оврагов способствует отсутствие растительного покрова и наличие пород, способных к размыву, и рельеф местности. Развитие промоин начинается при крутизне поверхности ; с дальнейшим увеличением крутизны резко возрастает скорость развития. Наиболее легко размываются лессовые породы, поэтому в районах их распространения овраги имеют наиболее широкое развитие. Овраг может вскрыть подземные воды, в таком случае возникает постоянный водоток, который в свою очередь усиливает рост оврага.

В овраге различают устье, ложе и вершину. Овраг растет вершиной вверх по склону. Одновременно происходит его углубление и расширение за счет размыва и оползания склонов оврага. Предельной отметкой, до которой возможен размыв ложа (тальвега) оврага, является уровень бассейна (озеро, река) в который впадает водоток оврага. Этот уровень называют базисом эрозии.

Растущий овраг обычно называют активным оврагом. При достижении оврагом максимальной глубины рост оврага прекращается, склоны приобретают устойчивый естественный откос. Ширина превышает глубину и овраг будет называться балкой.

Размеры оврагов и балок самые различные. Длина их колеблется от десятков метров до многих километров, ширина от первых метров до . сотен метров, глубина от 1-2 до 30-70м. Скорость роста оврагов зависит от активности водотоков и от характера размываемости пород. В пределах Нижегородской области скорость продвижения вершины оврагов составляет 0,3-0,5м в год в скальных и полускальных породах, 1,0-2,0 м/год — в моренных суглинках и глинах, до 5-10 м/год — в лессовидных суглинках и супесях. Причем, овраги, развивающиеся в лессовидных породах, могут продвинуться на 2-4м даже за 1 продолжительный

• планировка приовражных склонов и засыпка мелких оврагов (промоин) глубиной до 1,5-2,0м с последующим залужением;

• выполаживание оврагов с устройством гидротехнических сооружений (лотков, быстротоков, перепадов);

• устройство распылителей стока;

• создание противоовражных лесных полос;

строительство на базе оврагов водоемов, дорожной сети, рекреационных зон.

Денудация - процесс, благодаря которому продукты выветривания горных пород удаляются с мест их образования и перемещаются на более низкие гипсометрические уровни. Главной движущей силой является действующая сила тяжести. Различают линейно действующую денудацию и плоскостную.

Линейный снос происходит по определенным линейным путям, чаще по понижениям в рельефе, постепенно расширяя, углубляя и сглаживая их (образуются делли).

Стекающая по наклонной поверхности вода атмосферных осадков, выпавшая в виде раздробленной на мелкие капли массы, производит плоскостной или склоновый смыв. Плоскостные потоки губительно сказываются на почвах, смывая их верхний плодородный слой. За 1 продолжительный ливень может быть смыто 0,10 - 0,30м пахотного слоя. Но в целом денудационный процесс протекает сравнительно медленно и наблюдения за скоростью его отличаются значительной сложностью (метод фотоплощадок, заложение специальных створов, стереометод, метод площадок - ловушек и т.д.). Преобладающая скорость денудации 1-2см в год на задернованных сравнительно пологих склонах, до 5-10см в год на крутых обнаженных склонах и на распаханных пологих поверхностях рельефа.

Способами борьбы с денудацией обычно являются одернования, регулирование поверхностного стока, уположение поверхности.

Выветривание горных пород происходит повсеместно, но протекает сравнительно медленно. В зависимости от основных действующих факторов различают следующие типы выветривания: физическое, химическое, биологическое.

Физическое выветривание выражается в механическом дроблении пород без существенного изменения их минерального состава. Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород путем растворения и изменения их состава. Биологическое (органическое) выветривание проявляется в разрушении горных пород в процессе жизнедеятельности организмов и растений.

Обычно одновременно действуют все типы выветривания. Скорость выветривания зависит от интенсивности воздействующих факторов. Для предотвращения выветривания или улучшения свойств уже выветрелой породы существуют различные мероприятия (покрытия горных пород непроницаемыми для очагов выветривания материалами, пропитывание пород различными веществами, нейтрализация агентов выветривания и т.д.)