Карстовые процессы

Карст – процесс растворения, выщелачивания и выноса подземными и поверхностными водами растворимых веществ горных пород. Различают поверхностный и глубинный карст. Типичными формами карстового рельефа являются воронки, пещеры, поноры, блюдца, полья. По составу карстующихся пород различают карбонатный, сульфатный и соляной карст.

Карст возникает в результате действия поверхностных и подземных вод на прак­тически растворимые горные породы. Однако он может и не воз­никнуть или протекать очень медленно, несмотря на соприкосно­вение вод с растворимыми или даже легкорастворимыми горными породами. Для того чтобы коррозионный карстовый процесс получил развитие, необходимы определенные причины нарушения химического равновесия между действующими водами и раство­ряющимися породами. Условия, при которых возникает нару­шение такого химического равновесия и происходит реализация коррозионного процесса, и следует называть причинами образо­вания карста.

Оценка степени закарстованности пород обычно сопряжена с определенными трудностями, так как измерить объем пустот в изучаемом объеме пород всегда сложно. Поэтому ее оценивают обычно различными, главным образом косвенными, приемами по данным: 1) геоморфологических наблюдений; 2) наблюдений и непосредственных замеров карстовых пустот в обнажениях и в самих карстовых пустотах; 3) наблюдений при проходке горных выработок и буровых скважин; 4) геофизических разве­дочных работ; 5) специальных гидрогеологических и гидрологи­ческих наблюдений; 6) опытных фильтрационных и опытных цементационных работ; 7) наблюдений за деформациями соору­жений.

При инженерно-геологическом районировании территорий рас­пространения карста для массовых видов строительства необхо­димо подчеркивать влияние карста на условия строительства сооружений, а поэтому необходимо составлять схему расположе­ния конкретных территорий, выделяемых по следующим призна­кам.

1. Территории устойчивые и относительно устойчивые, в пре­делах которых растворимые породы слабо закарстованы и среднегодовое число провалов на площади 1 км² не превышает 0, 01, а также такие, где слабозакарстованные породы залегают на глубине более 10 м и перекрыты плотными и устойчивыми породами. На таких территориях разнообразные здания и сооружения массовой застройки строят без учета их за­карстованности, а плотность застройки территории определяют согласно строительным нормам.

2. Территории с несколько пониженной устойчивостью, где растворимые породы имеют повышенную закарстованность, сред­негодовое число провалов на площади 1 км² достигает 0, 01—0, 05, повторяемость их больше, где мощность покров­ных отложений мала или недостаточна по сравнению с мощностью активной зоны сооружений. На таких территориях рекоменду­ется ограничивать высотность зданий (преимущественно до 5 этажей) и плотность застройки жилой территории до 20%.

3. Территории недостаточно устойчивые характеризуются по­вышенной закарстованностью пород, где среднегодовое число провалов и оседаний поверхности достигает 0, 05—0, 1 и они про­являются сравнительно часто, где мощность покровных отложений мала или недостаточна, чтобы уменьшить опасность устойчивости территории и сооружений. На таких тер­риториях допускается строительство зданий и сооружений высотой до 5 этажей в исключительных случаях, при специальном обосновании возможности их строительства, а плотность застройки жилой территории до 10%.

4. Территории неустойчивые, где растворимые породы имеют повышенную закарстованность, провалы и оседания поверхности наблюдаются часто. На таких территориях строительство капитальных зданий и сооружений не допускается.

При отсутствии карстовых проявлений на поверхности и в толще грунтов, отделенных от зоны карста слоем прочных горных пород и надежным водоупором, препятствующими влиянию возможных обрушений пород в подземных полостях на покровную толщу и выносу из нее грунтов, территория может рассматриваться как карстово-неопасная для зданий и сооружений и проекты ее застройки следует выполнять как для некарстовых районов.

При проектировании горных предприятий следует также предусматривать бурение контрольных разведочных скважин, опережающих разработку пород, и при необходимости тампонаж, а при проходке горных выработок - также замораживание горных пород.

При проектировании зданий и сооружений на закарстованных территориях следует учитывать выявленные на основе данных инженерных изысканий:
тип карста; формы и механизм формирования подземных и поверхностных проявлений карста; категории устойчивости территорий относительно интенсивности образования карстовых провалов и их средних диаметров; особенности гидрологических и гидрогеологических условий; неравномерно-пониженную прочность и несущую способность закарстованных пород, покрывающих грунтов и отложений, заполняющих поверхностные и погребенные карстовые формы (воронки и т.п.); опасность возникновения и развития карстовых деформаций в толще грунтов и на земной поверхности (провалов, локальных и общих оседаний); возможность значительной активизации карстовых процессов и явлений.

При застройке закарстованных территорий не рекомендуется размещать капитальные сооружения непосредственно на месте старых поверхностных карстовых форм (воронки, впадины и др.) и вблизи от их скоплений. Такие участки при компоновке соору­жений целесообразно использовать для размещения парков, садов, бульваров, площадей и др.

В качестве основных противокарстовых мероприятий при проектировании зданий и сооружений следует предусматривать:

· устройство оснований зданий и сооружений ниже зоны опасных карстовых проявлений;

· заполнение карстовых полостей;

· искусственное ускорение формирования карстовых проявлений;

· создание искусственного водоупора и противофильтрационных завес;

· закрепление и уплотнение грунтов;

· водопонижение и регулирование режима подземных вод;

· организацию поверхностного стока;

· применение конструкций зданий и сооружений и их фундаментов, рассчитанных на сохранение целостности и устойчивости при возможных деформациях основания.

Противокарстовые мероприятия должны: предотвращать активизацию, а при необходимости и снижать активность карстовых и карстово-суффозионных процессов;
исключать или уменьшать в необходимой степени карстовые и карстово-суффозионные деформации грунтовых толщ; предотвращать повышенную фильтрацию и прорывы воды из карстовых полостей в подземные помещения и горные выработки;
обеспечивать возможность нормальной эксплуатации территорий, зданий, сооружений, подземных помещений и горных выработок при допущенных карстовых проявлениях.
Противокарстовые мероприятия следует предусматривать при проектировании зданий и сооружений на территориях, в геологическом строении которых присутствуют растворимые горные породы (известняки, доломиты, мел, обломочные грунты с карбонатным цементом, гипсы, ангидриды, каменная соль), имеются карстовые проявления на поверхности и (или) в глубине грунтового массива (разуплотнения грунтов, полости, каналы, галереи, пещеры,).

МНОГОЛЕТНЯЯ МЕРЗЛОТА

Районы, где горные породы верхних горизонтов земной коры находятся в многолетне­мерзлом состоянии, являются районами распространения много­летней мерзлоты. Наряду с типично мерзлыми породами, т. е. содержащими лед, встречаются породы с отрица­тельной температурой, но без льда, например маловлажные сы­пучие пески, гравий и галечники, сухие скальные и полускальные породы, а также породы, насыщенные минерализованными водами. Все эти породы не относятся к типично мерзлым, так как их свойства при отрицательной температуре не изменяются. Однако при проектировании и строительстве на них сооружений (некото­рых подземных коммуникаций, дренажей, помещений и др.) не­обходимо учитывать их тепловое состояние.

В зависимости от того как долго горные породы находятся в мерзлом состоянии, они подразделяются на сезонномерзлые и многолетнемерзлые. Сезонномерзлые — это породы деятельного слоя, т. е. зимнего промерзания и летнего оттаивания. В некоторые годы сезонномерзлые по­роды не успевают летом оттаять, и тогда их называют перелетками.

Важнейшей особенностью состава мерзлых пород, как уже отме­чалось, является присутствие в них льда. В скальных и полу- скальных горных породах лед встречается главным образом в виде " жил, прослоев и слоев, заполняющих трещины и пустоты. В пес­чаных и других обломочных и глинистых породах лед встречается как в макроформах (слои, линзы, жилы и др.), так и в дисперсном виде (в виде цемента, отдельных кристаллов, их скоплений, мел­ких прослойков, жилок и др.), т. е. как породообразующая часть. Поэтому такие мерзлые породы обычно состоят из минеральных частиц, льда, незамерзшей воды, паров и газов. Все эти состав­ные части в мерзлых обломочных и глинистых породах взаимо­связаны, что позволяет рассматривать их как четырехфазные системы — агрегаты, существенно отличающиеся от подобных талых пород составом, строением и свойствами.

Лед в мерзлых горных породах обычно распределяется нерав­номерно, его содержание изменяется от точки к точке, от участка к участку или от слоя к слою. Общее содержание льда в горных породах определяет их льдистость. Минимальная льдистость обусловлена содержанием в породе микроскопического льда, т. е. в виде цемента. Максимальная льдистость пород обус­ловлена содержанием в них макроскопического льда в виде слоев, линз, прослоев, жил, включений и др. Различают следующие типы льда-цемента:

1) контактный, находящийся только в местах контакта частиц скелета, образующийся обычно при промерзании не полностью насыщенных водой песчаных и грубообломочных пород; пленочный, обволакивающий поверхность частиц, оставля­ющий часть пор незаполненной; образуется в таких же породах, как и контактный, но более влажных;

2) поровый, заполняющий поры целиком; образуется также в песчаных и грубообломочных, но полностью водонасыщенных породах;

3) базальный, составляющий основную массу породы и раз­общающий частицы минерального скелета; встречается преиму­щественно в глинистых и глинисто-пылеватых породах.

В районах распространения мерзлых и многолетнемерзлых пород большое влияние на рациональное использование терри­торий, условия строительства сооружений, их устойчивость и эксплуатацию оказывают не только специфические свойства горных пород, но также и особые мерзлотные геологические про­цессы и явления. К ним относятся: морозные пучины, бугры пучения, полигональные обра­зования, термокарстовые, солифлюкционные, оползневые, наледные и другие процессы и явления. Они оказывают огромное влия­ние на устойчивость и сохранность территорий, сооружений и нор­мальные условия их эксплуатации. При инженерно-геологиче­ском обосновании проектов хозяйственного использования терри­торий и строительства сооружений необходимо уделять большое внимание изучению, оценке и прогнозу развития этих явлений.

Морозное пучение. Этот процесс наиболее интенсивно развивается в глинистых пылеватых и силыюпылеватых породах четвертичного возраста, т. е. в породах малой и сравнительно малой степени литификации. Именно такие породы в практике часто называют «пучинистыми». Явление пучения пород — это увеличение их объема при промерзании, которое связано с рас­ширением воды при замерзании (почти на 9—11%) и выделением льда. Поэтому глинистые породы маловлажные, не полностью водонасыщенные пучатся слабо, а полностью водонасыщенные — сильно. Если промерзание глинистой породы происходит в усло­виях «открытой системы», когда количество влаги в породе увели­чивается за счет притока извне, ее пучение сопровождается накап­ливанием льда и развивается особенно интенсивно.

Морозное пучение – один из самых распространенных экзогенных геологических процессов в России. В качестве основных негативных последствий можно отметить: деформации фундаментов, выдавленные из земли столбы, даже валуны, которые вдруг появляются на некоторых полях, поднимаются под действием пчения.

Морозное пучение про­является в образовании пучин, т. е. небольших вздутий, бугров на по­верхности земли, полотне дорог, взлетно-посадочных полосах аэродромов, от­косах земляных сооруже­ний, или в выпучивании (вымораживании) глыб, столбов, фундаментов зданий и сооружений из глинистых влажных пород при их промерзании. Пучины очень широко распространены на дорогах, и их появление на железнодорожном полотне и взлетно- посадочных полосах аэродромов представляет большую опасность. При сезонном промерзании глинистые породы пучатся, но так как они обычно неоднородны по составу, степени глинистости и пылеватости, а также по плотности сложения и влажности, то вслед­ствие этого на фоне общего их вспучивания, например на поверх­ности полотна дороги, выделяются локальные участки более интенсивного вспучивания. Морфологически такое локальное вспучивание проявляется в виде вздутия, бугра, горба, которое и называют пучиной.

Источниками увлажнения пород на пучинистых участках могут быть дождевые осадки, воды рек, озер, болот и другие скопления воды на. поверх­ности земли, а также подземные грунтовые воды. Увлажнение пород подземными водами может происходить различными пу­тями:

а) непосредственно, при неглубоком их залегании от по­верхности земли или при их выходе на поверхность в виде источ­ников в основании склонов и откосов выемок и полувыемок;

б) в результате капиллярного поднятия влаги к зоне промерзания при более глубоком залегании уровня грунтовых вод;

в) в ре­зультате миграции влаги в виде пара к зоне промерзания под влия­нием разности его упругости, обусловленной температурным градиентом в пределах деятельного слоя.

Инженерные мероприятия для предупреждения аварийного состояния и катастроф на пучинистых участках дорог можно подразделить на профилактические и капитальные. К группе профи­лактических мер относятся такие, которые предупреждают ава­рийное состояние и катастрофы: а) систематическое наблюдение за появлением и развитием пучин; б) профилирование железно­дорожного полотна путем подъема рельсов на карточки с целью временного устранения пучинистых горбов для обеспечения нормального движения транспорта; в) наблюдение за состоянием работы поверхностных водоотводов и дренажей, их ремонт и восстановление нормальной работы.

Капитальные мероприятия обычно направлены на коренное улучшение состояния земляного полотна, при котором исклю­чаются возможности образования пучин. Выполнение таких меро­приятий на действующих дорогах сопряжено с временным нару­шением их нормальной работы — ограничением скорости движения транспорта, устройством временных обходов больших участков и др. В эту группу мероприятий входят: а) осушение пучинистых участков; б) замена пучинистых горных пород основной площадки, а также балластного слоя и покрытий дорог; в) уменьшение глу­бины сезонного промерзания пород в пределах земляного полотна дороги.

В комплекс мерзлотных геологи­ческих процессов входит также образование наледей. Наледь — это скопление льда на поверхности земли в результате замерзания изливающихся подземных или поверхностных (речных) вод. В соответствии с этим можно различать следующие генетические типы наледей:

а) обычные, образующиеся вследствие выхода (излияния) па поверхность подземных вод (грунтовых, надмерзлотных, меж- мерзлотных и подмерзлотных);

б) речные, образующиеся за счет поверхностных вод рек и ручьев (редко озер);

в) смешанного питания, образующиеся за счет подземных (подрусловых, грунтовых вод аллювиальных отложений) и поверх­ностных (речных) вод;

г) искусственные, формирующиеся за счет откачиваемых про­изводственных вод.

Все известные меры борьбы с наледями принято разделять на две основные группы: пассивные и активные. Первые состоят из мероприятий, направленных на защиту от вредного влияния наледей, а вторые — на предупреждение их образования, на изме­нение места их образования и др. Иными словами, при пассивных способах борьба ведется с последствиями наледных явлений, а при активных — с причинами их образования.

К пассивным способам борьбы с наледями относятся:

1) изменение мест расположения сооружений или трассы дороги, нефте- и газопровода в обход наледного участка;

2) повышение уровня строительной площадки и проезжей части дороги;

3) периодическое скалывание льда и восстановление^размеров выемок, нолувыемок, туннелей и других сооружений;

4) устройство задерживающих валов и ограждений, препят­ствующих росту наледей в сторону строительной площадки, до­роги;

5) увеличение размеров выемок и полувыемок для размещения наледей — устройство резервного пространства.

К числу активных способов борьбы с наледями отно­сятся:

1) осушение местности, отвод воды, образующей наледи;

2) каптаж источников и отвод воды;

3) устройство мерзлотных поясов с целью изменения места образования наледи;

4) углубление и спрямление русел рек для расширения живого сечения потоков и увеличения скорости их течения на участках, где образование наледи нежелательно;

5) утепление русел рек и ручьев навалом из снега для преду­преждения глубокого зимнего промерзания.

Проектирование и строительство сооруже­ний в районах распространения многолетней мерзлоты. Для рай­онов распространения многолетней мерзлоты характерно следу­ющее.

1. Определенное строение толщ горных пород, которые могут являться основанием и средой для сооружений, обусловленное появлением в них льда (как породы) в виде слоев, залежей, круп­ных прослоев, линз, жил и других крупных форм. Одновременно с этим в них часто, особенно в южных районах, встречаются талики, т. е. талые, в большинстве случаев водоносные породы. Важно также отметить, что породы деятельного слоя при про­мерзании могут сливаться с многолетнемерзлыми и образовывать слившуюся мерзлую толщу.

2. Содержание в мерзлых горных породах (особенно разно­образных песчаных и глинистых) льда не только в виде крупных форм, как породы, но и в тонкодисперном виде, как породообразу­ющей составляющей, в виде цемента, мелких кристаллов и других форм. Такие формы льда существенно изменяют состав и строение самих пород и их физико-механические свойства как в мерзлом состоянии, так и, особенно, при оттаивании. В этом отношении большую опасность представляет оттаивание глинистых, а также тонкозернистых и мелкозернистых песчаных пород и значительно меньшую — крупно- и грубообломочных, скальных и полускальных малольдистых.

3. Развитие и широкое распространение особых мерзлотных геологических процессов и явлений.

4. Неоднородный температурный режим многолетнемерзлых пород вследствие особенностей теплообмена отдельных частей земной поверхности. В соответствии с этим можно различать участки с многолетней мерзлотой, имеющей более или менее устойчивый режим (низкая температура — для песков и супесей соответственно ниже —0, 3 и —0, 6° С, а для суглинков и глин ниже —1, 0 и —1, 5° С, отсутствие таликов, активное развитие таких геологических процессов, как пучение пород, образование наледей, полигональных систем и др.), и участки с многолетней мерзлотой, имеющей неустойчивый режим (температура пород близка к 0° С, т. е. —0, 1 и —0, 5° С, наличие таликов, надмерзлотных и межмерзлотных вод, развитие термокарстовых явлений и др.).

5. Различный тепловой режим многолетнемерзлых пород во время строительства на них сооружений при различных условиях производства работ. В одних случаях строительство зданий и сооружений, условия производства строительных, горных, мелиоративных и других работ могут способствовать сохранению и развитию мерзлоты, а в других, наоборот, вызывать ее деграда­цию. Следовательно, решая практические задачи, необходимо учитывать характер и интенсивность искусственного воздействия на мерзлые породы.

На режим мерзлоты влияют:

а) тепловой режим зданий и сооружений и технологические особенности их эксплуатации;

б) снег, который действует утепляющее на породы и препят­ствует накоплению холода; он по-разному накапливается вокруг зданий в зависимости от направления ветра, а также его могут систематически очищать;

в) вырубка леса, уничтожение растительного покрова, рас­пашка земель и т. п.

г) грунтовые и поверхностные воды, режим которых изменяется на осваиваемой территории в связи с мелиоративными и строи­тельными работами;

д) земляное полотно дорог, строительство и эксплуатация которых сопровождается осушением местности, систематической уборкой снега с проезжей части и т. д.;

е) водохранилища, действующие отепляющее на мерзлые по­роды и микроклимат района;

ж) плотность застройки, ориентация зданий по странам света;

з) санитарно-технические коммуникации, их размещение и способы укладки (подземная, наземная, в изоляции или без нее и т. п.).

В зависимости от природных условий района распространения многолетней мерзлоты и особенностей сооружений их проекти­рование и строительство осуществляют по одному из двух принци­пов:

1) с сохранением горных пород в мерзлом состоянии в течение всего периода строительства и эксплуатации зданий и сооруже­ний;

2) когда рассчитывают на: а) постепенное оттаивание мерзлых пород в процессе строительства и эксплуатации зданий и соору­жений; б) предварительное искусственное оттаивание горных пород до возведения зданий и сооружений; в) замену льдонасыщенных мерзлых пород талыми.

Выбор принципа строительства определяется из условий наи­большей технической целесообразности и экономической выгод­ности в каждом конкретном случае режима многолетней мерзлоты и теплового режима проектируемых сооружений. Применение первого принципа для много­летнемерзлых пород, имеющих неустойчивый режим, допускается при осуществлении мероприятий, обеспечивающих понижение температуры горных пород по сравнению с естественной. По этому прин­ципу строят как неотапливаемые (холодные), так и отапливае­мые (либо неотапливаемые, но с выделением технологического тепла) здания и сооружения. Применение его для отапливаемых зданий целесообразно тогда, когда многолетнемерзлое состояние горных пород можно сохранить путем устройства холодного подполья.

При проектировании зданий и сооружений, рассчитанных на постепенное оттаивание мерзлых пород в процессе их эксплуата­ции, рекомендуется предусматривать мероприятия по уменьше­нию неравномерности их осадки путем: а) обеспечения равномер­ного оттаивания пород под фундаментами, что достигается его регулированием (теплоизоляция, специальные нагреватели и пр.); б) исключения резких изменений нагрузки по длине фундаментов. Кроме того, с этой же целью приспосабливают здания и сооруже­ния к восприятию повышенных деформаций (придание жесткости сооружениям, устройство осадочных швов и др.).

При проектировании сооружений и зданий по принципу 2 применяют фундаменты различных типов — в виде лент, плит, столбов, свай-стоек или глубоких опор. Выбор глубины заложе­ния фундаментов в районах распространения многолетней мерз­лоты определяется составом, строением и условиями залегания мерзлых пород на строительной площадке.

ПЛЫВУНЫ II СУФФОЗИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ

В строительной и гор­ной практике плывунами называют пески тонко- и мелкозерни­стые, пылеватые и сильнопылеватые, водоносные, которые при вскрытии котлованами и горными выработками плывут. Их оплы­вание может происходить как медленно толстым слоем, так и быстро и даже катастрофически быстро, в виде прорыва, как только их вскрывают или подрабатывают, так что оставленный целик пород не в состоянии удержать их напора. Если плывуны приходят в движение, значит, нарушена их устойчивость, а также устойчивость вмещающих их пород и соответственно склонов, отко­сов, оползней, подземных выработок, территорий и расположен­ных или строящихся на них сооружений.

Плывуны часто имеют недостаточную плотность сложения, и поэтому под нагрузкой они уплотняются, выдавливаются из-под нее и образуют выпоры. Это указывает на то, что они являются неустойчивыми не только при вскрытии и подработке, но и сла­быми, ненадежными как основание для проектируемых сооруже­ний.

Таким образом, плывуны — это слабые, неустойчивые по­роды, требующие применения специальных методов ведения строи­тельных работ и специальных инженерных мероприятий для обеспечения устойчивости сооружений. По инженерно-гео­логической классификации горных пород плывуны относятся к пятой группе, т. е. к породам особого состава, состояния и свойств.

При вскрытии горной выработкой или котлованом плывуны начинают течь как вязкая жидкость: медленно, быстро или даже иногда катастрофически быстро в зависимости от величины на­пряженного состояния. Если оно обусловлено только собственным весом плывуна, то он оплывает медленно, а если гидростатиче­скими и гидродинамическими силами большой и очень большой величины., то плывун движется быстро или очень быстро, образуя в таких случаях прорыв.

При проходке буровыми скважинами в плывунах образуются пробки: порода поднимается по скважине выше забоя. Высота пробки может достигать 10—15 м. Образование пробок связано главным образом с возникающей при проходке скважины раз­ностью напора в водоносной породе в затрубном пространстве скважины и внутри ее. Пробки в скважинах — явление неблаго­приятное и опасное, они затрудняют бурение и часто приводят к авариям, так как «прихватывают» и заклинивают буровой сна­ряд. Поэтому плывуны надо проходить быстро, без остановок, с соблюдением определенных правил.

Практические задачи проектирования и строительства соору­жений на участках распространения плывунов в большинстве слу­чаев бывают связаны с оценкой:

1) условий строительства на цлывунах, с использованием их в качестве основания сооружений;

2) проектированием и строительством фундаментов сооружений;

3) условий строительства в плывунах, с необходимостью их раз­рабатывать и сооружать в них глубокие выемки, карьеры, под­земные горные выработки, туннели и др.

Плывуны могут служить основанием фундаментов сооружений в естественном состоянии, т. е. как естественное основание, или после их предварительного искусственного уплотнения и укрепления, т. е. как ос­нование искусственное. При расположении фундаментов сооружений на плывунах как на естественном основании обычно их проектируют так, как на слабых основаниях, строго соблюдая условие, при котором нагрузка на плывун не должна вызывать осадки сооружения, опасной по величине и неравномерности для его устойчивости и нормальной эксплуата­ции. С этой целью при неглубоком заложении фундаментов при­ходится ограничивать величины нормативных напряжений на плывуны, устраивать уширенные фундаменты, преду­сматривать мероприятия по сохранению естественного сложения плывунов, исключающие возможность их вытекания, выдавли­вания, разрыхления, а также устраивать под фундаментами гра­велистые, щебенистые или (в особо ответственных случаях) бе­тонные подушки. Кроме того, обычно осуществляют определенные конструктивные мероприятия, обеспечивающие жесткость сооружений (армированные пояса, осадочные швы и др.) и их сопротивляемость возможным повышенным и неравно­мерным осадкам.

В случае необ­ходимости строительства сооружений на участках распростране­ния плывунов, оно должно быть полно обосновано инженерно- геологическими данными. Необходимо четко знать следующее;

1) на какой глубине залегают плывуны, условия их залега­ния (мощная толща, пласт, линза, залежь неправильной формы ит. д.), мощность плывунных пород и их распространение по про­стиранию; состав и состояние пород, вмещающих плывун; условия залегания плывунов, а также перекрывающих и подстилающих их пород должны быть четко обозначены на геологических разре­зах и картах;

2) геоморфологические условия участка распространения плы­вунов (не обнажаются ли плывунные породы по склонам и откосам поверхности рельефа, в оврагах, размывах, нет ли признаков или возможности их выплывания, выдавливания и т. д.);

3) состав и физико-механические свойства плывунов и осо­бенно плотность сложения, степень выраженности тиксотропных свойств, водоотдачу и водопроницаемость, сопротивление сдвигу и деформируемость в условиях естественного залегания (в крайнем случае в образце при естественном сложении и влажности). Свой­ства перекрывающих и подстилающих пород;

4) гидрогеологические особенности плывунов глубину зале­гания уровня подземных вод, величину их напоров и направление уклонов поверхности подземных вод и пьезометрической поверх­ности. Эти данные также должны быть показаны на геологиче­ских разрезах и картах.

При строительстве сооружений в плывунах применяют специ­альные способы проходки подземных выработок, которые могут быть подразделены на следующие группы.

1. Проходка подземной выработки с помощью специальных ограждающих крепей, опережающих забой. Такая проходка сопровождается водоотливом и иногда пониже­нием уровня подземных вод водопонижающими скважинами, располагающимися по контуру подземной выработки.

2. Проходка подземной выработки после замораживания по­род. Замораживание пород производят их охлажде­нием до температуры — 20° С рассолом, циркулирующим в замо­раживающих колонках, устанавливаемых в скважины, разбу­ренные в зоне расположения вертикальной или горизонтальной подземной выработки.

3. В плывунах, обладающих повышенным напором, проходку подземных выработок часто осуществляют с помощью проходческих щитов, в которых создают повышенное давление воздуха. Под действием сжатого воздуха плывун или вода в водонасыщенной породе отжимается от забоя, порода приобретает устойчивость, и это позволяет ее разрабатывать, крепить подземную выработку и производить ее гидроизоляцию.

Фильтрационный поток в горных породах при определенных условиях может при­вести в движение мелкие частицы, находящиеся в составе обломоч­ных пород (песков, гравия, галечника и др.) или заполнителя трещин и карстовых полостей, и вызвать вынос их из породы. Этот процесс выноса мелких частиц из породы, заполнителя тре­щин и полостей, представляющий собой своеобразный процесс подземного размыва горной породы, принято называть суффо­зией. Развитие суффозии характеризует фильтрационное разру­шение, фильтрационную неустойчивость горной породы или за­полнителя трещин и карстовых полостей.Суффозия — это один из видов фильтрацион­ного разрушения обломочных пород или заполнителя трещин и полостей в скальных и полускальных горных породах. Суффозия развивается сравнительно медленно (годы, десятки лет), но широко распространена в природе и проявления ее весьма разно­образны. Например, если в основании склона или откоса наблюдается выход водонасыщенных песчано-галечных пород и имеет 1 место развитие суффозии, то эти породы, особенно в зоне разгрузки; подземных вод, в результате выноса мелких частиц разрых­ляются — плотность их уменьшается, а пористость увеличивается. Это часто вызывает их уплотнение под влиянием нагрузки выше­лежащих масс горных пород, в которых при этом возникают заколы (трещины), формируются поверхности и зоны ослабления, нарушается устойчивость склонов и откосов, образуются оползни. Если суффозия возникает и развивается в основании сооружений, то это может вызвать значительные и неравномерные их осадки, нарушение устойчивости, деформации и разрушения.

Основными действующими силами, вызывающими развитие суффозии, являются либо большие скорости движения фильтра­ционного потока, который вымывает частицы, размывает породы, либо возникающее гидродинамическое давление в фильтрацион­ном потоке. Если гидродинамическое давление велико, оно может при соответствующих условиях привести в движение всю массу породы, т. е. привести ее в плывунное состояние. Если оно мало, то в движение приходят только более мелкие частицы, находящиеся в составе породы.

Реализация действия фильтрационного потока подземных вод на породу, которое проявляется в нарушении ее фильтрационной устойчивости, в подземном размыве (в развитии суффозии) возможна при следующих условиях:

1) определенной неоднородности породы, при которой воз­можно передвижение более мелких частиц среди более крупных и их вынос;

2) определенных градиентах потока, вызывающих образование повышенных скоростей фильтрации воды или определенной вели­чины гидродинамического давления в породе;

3) наличии области выноса, разгрузки породы от мелких частиц, т. е. при выходе пород на поверхность, вскрытии их кот­лованами, выемками, карьерами, подземными выработками, дре­нажами или при соприкосновении — контактировании с породами более водопроницаемыми, скважность которых больше, способ­ными поглощать мелкие частицы, выносимые потоком из пород, подверженных размыву. Сочетание этих условий определяет нару­шение внутреннего равновесия в породе и неизбежность развития суффозии.