Геологическая деятельность подземных вод.

Подземные воды оказывают существенное влияние на формирование общей геоло­гической обстановки любой территории. Кроме того, назовем еще процессы, в которых подземные воды играют ключевую роль:

• карст — процесс растворения горных пород подземными во­дами;
• суффозия — механический вынос песчано-глинистых частиц подземными водами;
• плывуны — обстановка, при которой подземные воды придают текучесть некоторым пескам и супесям.

Карст(химическая суффозия).

На растворение известняков, мергелей, доломитов, мрамора, мела, карбонатных сланцев, гипса и ангидрита уходят многие тысячи и миллионы лет. Быстро растворяются каменная соль и некоторые другие, более редкие в природе, легкорастворимые соли.

Растворение происходит при движении пресных подземных вод по трещинам горных пород. Пустоты в породах постепенно увели­чиваются, сначала возникают каверны, а потом могут образовы­ваться даже пещеры, гроты, галереи с многометровыми подзем­ными залами. Если растворимая закарстованная порода залегает вблизи поверхности, то инфильтрация пресных дождевых и талых вод приводит к ёе дополнительному интенсивному растворению и возникновению карстовых провалов (рис. ниже).

В зависимости от особенностей и формы провалы могут назы­ваться воронками, колодцами, желобами, котловинами. При неглу­боком залегании уровня грунтовых вод в них возможно даже фор­мирование карстовых озер.

Созидательная работа подземных вод. Масштабы несоизмеримо малы в отличие от разрушительной работы при растворении горных пород. В карстовых пустотах карбонатных пород возможны накоп­ление известкового туфа и травертина (породы, похожей на извес­тняк), формирование окремнений . В пещерах образуются сталактиты и сталагмиты, имеющие иногда очень причуд­ливые формы.

Схема карстового провала в известняках

Залеченный карст или заполнение карста — природный процесс заполнения карстовых пустот песчано-глинистым материалом, приносимым подземными водами.

Суффозия(.механическая).

Процессу подвержены пески, реже лёссы и даже выветрелые глины. Процесс заключается в том, что у подножия крутого высокого склона могут формироваться большие уклоны грунтовых вод, оказывающие взвешивающее воздействие на частицы грунта. При условии интенсивного движения под­земных вод отдельные частицы песка уносятся потоком воды и вы­носятся на поверхность (рис. ниже).

Схема суффозионного процесса в естественных условиях

В естественных условиях суффозионный процесс не заметен, но на освоенных площадях суффозионное оседание поверхности может сказаться отрицательно. Вероятность возникновения суффозионного выноса материала велика только в искусственных условиях под основаниями плотин в нижнем бьефе водохранилища.

Схема суффозии в нижнем бьефе водохранилища

Гидростатический напор здесь обусловлен большим перепадом уровней воды и восходящим потоком подземных вод в нижнем бьефе. Вынос частиц грунта здесь недопустим, так как грозит серь­езной аварией. Для предотвращения здесь суффозии применяются различные мероприятия по удлинению пути фильтрации воды — устройство противофильтрационных завес и экранов.

Плывуны

Плывуны — это способные мгновенно приходить в текучее со-стояние водонасыщенные супеси, а также пылеватые и мелкозер¬нистые пески с примесью глинистого и органического материала. Плывуны принято делить на ложные и истинные Ложные подда¬ются осушению с помощью дренажа, истинные — нет из-за присут¬ствия глинистого и органического вещества, закрывающего проме¬жутки между частицами.

Плывуны часто встречаются в четвертичных и даже дочетвер- тичных отложениях на территории европейской России. Мощность пластов — до нескольких метров. При залегании на некоторой глу­бине плывунные свойства не сказываются, а могут проявиться только при вскрытии пласта котлованом или тоннелем.Плывуны — это способные мгновенно приходить в текучее со­стояние водонасыщенные супеси, а также пылеватые и мелкозер­нистые пески с примесью глинистого и органического материала. Плывуны принято делить на ложные и истинные Ложные подда­ются осушению с помощью дренажа, истинные — нет из-за присут­ствия глинистого и органического вещества, закрывающего проме­жутки между частицами.

Из-за слишком крутой подрезки склона или сотрясений, вы­званных работой тяжелой техники, плывун мгновенно разжижа­ется, приходит вдекучее состояние и растекается по дну выработки, затапливая технику, инструмент, коммуникации. Слой не слишком глубокий, но известны случаи гибели людей в тоннелях и в уже по­строенных глубоких помещениях нулевого цикла.

Оседание поверхности, сопутствующее прорыву плывуна, — тоже отрицательное событие.

Меры борьбы с плывунами. Наиболее эффективный и распростра­ненный метод — забивка в грунт металлических балок (обычно дву­тавровых) с последующим устройством по ним шпунтовой затяжки из досок, огораживающей стенки котлована.

Получающаяся конструкция очень удобна и надежна. В сложных условиях, когда устройство шпунтового ограждения невозможно, применяется замораживание грунтов — трудоемкий, требующий времени и специального оборудования метод.

Схема прорыва плывуна в строительные выработки

а — в котлован; 6 — в тоннель