Теоретичний матеріал до теми 1. (част.1)

Карст – сукупність явищ, які супроводжуються розчином підземними водами гірських порід з утворенням у них порожнин.

Виникати і розвиватися карст може лише в разі одночасної присутності підземних вод та гірських порід, які мають здатність до розчинення. Якщо одна з цих умов буде відсутня, карст не буде розвиватися.

Основні фактори, які сприяють утворенню та розвитку карсту:

1.      розчинність гірських порід;

2.      умови їх залягання;

3.      особливості порід покрівлі;

4.      умови циркуляції підземних вод;

5.      хімічний склад і температура підземних вод;

6.      рельєф місцевості.

Райони, де карст набув досить великого поширення, мають специфічні форми рельєфу.

Замість зв'язаних між собою річкових долин у карстових районах утворюються окремі замкнуті різні за формою і розмірами западини. На різних стадіях свого розвитку вони мають різні назви: карри, понури, воронки, улоговини.

Карри – борозноподібні невеликі заглибини на поверхні породи, що характеризують початкову стадію розвитку карсту, яка далі переходить у стадію понор.

Понорамами називають вертикальні отвори (карстові колодязі), що мають значну глибину в порівнянні з поперечними розмірами. Розвиваючись далі, понори переходять у воронки, які можуть досягати в діаметрі кількох десятків, а іноді і сотень метрів.

Збільшуючись у своїх розмірах, кілька воронок зливаються в одне загальне зниження – улоговину.

Разом з поверхневими формами карсту відбувається розвиток підземних форм – це печери, галереї.

Печери – підземні пустоти різних форм і розмірів, які утворюються у розчинних породах. Горизонтальні розгалудження печер називають галереями.

Розрізняють механічну і хімічну суфозію. Хімічна суфозія – це карстові явища.

Під механічною суфозією розуміють механічне вимивання частинок породи, найчастіше піщаної, текучою підземною водою.

Сприятливими умовами для розвитку механічної суфозії є:

1.      висока пористість піску (40-50%);

2.      співвідношення діаметрів зерен суміжних фракцій ;

3.      турбулентний режим потоку, можливий у пісках тільки при градієнті фільтрації J =5;

4.      чергування шарів піску зі співвідношенням їх коефіцієнтів фільтрації більш ніж у два рази.

У місцевостях, схильних до суфозії, утворюються суфозні воронки. Це западини круглої форми глибиною до кількох метрів. Частіше вони утворюються вздовж русел річок та яруг.У деяких випадках воронки поглинають стічні води, розширюються і на поверхні землі з'являються провали.

Механічна суфозія – небезпечне явище, яке нерідко призводить до виникнення зсувів, руйнування споруд і будівель.

Просідання – здатність ґрунтів при стійкому зволожуванні зменшувати свій об'єм і деформуватися.

Явище просідання ґрунтів характерне для лесових порід (леси, лесовидні суглинки, рідше лесовидні супіски). 

У природних умовах при невеликій вологості леси та лесові ґрунти мають значну механічну міцність та стійкість в укосах, зберігають майже вертикальне положення при висоті укосу до 10 м. При зволоженні в результаті фізичної дії води (розклинювального ефекту тонких плівок зв'язаної води) та хімічного розчинення солей, які складають скелет ґрунту, порушуються структурні зв'язки між частинками і вони укладаються більш щільно. При цьому зменшується пористість і виникають вертикальні деформації (осідання). Інтенсивність ущільнення залежить від характеру структурних зв'язків, їх міцності, складу солей, вологості та пористості порід, величини навантаження (у тому числі і власної ваги на ущільнену товщу). Залежно від дії цих факторів ущільнення може відбуватися швидко або продовжуватися тривалий час. Тому просідання у деяких випадках починається значно пізніше зволожування породи.

Способи усунення просідання

1.      Усунення просідних властивостей ґрунтів механічними та фізико-хімічними способами шляхом попереднього замочування, механічного ущільнення, випалу, сілікатизації, глинізації.

2.      Охорона просідних ґрунтів в основі від замочування шляхом виведення поверхневих вод і забезпечення неможливості замочування.

3.      Прорізування товщі просідних ґрунтів фундаментами будівель та споруд.

4.      Застосування конструкцій будівель та споруд зі спеціальними пристосуваннями до просідання основ.

 

Пливунами називають насичені водою ґрунти, які починають текти і опливати, якщо їх розкрити шурфами, котлованами, шахтами або іншими виробками. До таких ґрунтів відносяться пилуваті ґрунти, піски та супіски.

До розкриття виробками такі ґрунти мають властивості твердого тіла, після розкриття отримують властивості в'язкої рідини. Пливуни мають добру несучу здатність, якщо їм нікуди розпливатися.

Усі пливуни розділяють на два види: несправжні та справжні.

Несправжні пливуни – це звичайні дрібні та пилуваті піски, що знаходяться у зваженому стані в результаті наявності деякого гідродинамічного тиску підземних вод. Перехід до пливунного стану зумовлений тим, що під дією цього тиску зникає внутрішнє тертя між частинками і вони приходять до руху. Таке ж явище відбувається у разі гравітаційного опливання несправжніх пливунів у стінках виробок.

Справжні пливуни – пилуваті піски та супіски, які стають рухомими у зв'язку не тільки з наявністю гідродинамічного тиску, а й з присутністю у ґрунті органо-мінеральних колоїдних частинок (діаметр < 0,0005 мм), що знаходяться на поверхні піщаних частинок і надають справжнім пливунам тиксотропних властивостей.

Тиксотропність – здатність породи розріджуватися під впливом раптово прикладеного навантаження або струшування і знову ущільнюватись після періоду спокою.

Заходи боротьби з пливунами

Основні заходи для подолання труднощів, що створюють пливуни при будівництві, такі:

1. Штучне заморожування.

2. Хімічне закріплювання (силікатизація).

3. Штучне осушення.

4. Електрохімічне закріплювання.

5. Шпунтове кріплення.

6. Кесонний спосіб.