Опасные проявления деятельности подземных вод

Геологическая деятельность подземных вод имеет много опасных проявлений, развитие которых приводит к тяжелым последствиям в районах с интенсивной техногенной нагрузкой и особенно в городах.

Например, такое явление как карст в зоне урбанизированных территорий приводит к стремительной деградации поверхности земли и находящихся на ней инженерных сооружений. Техногенное создание дополнительных полостей в грунтах, усиление водопритока за счет потерь из водоводов и канализации, подъем уровня грунтовых вод, усиление агрессивности подземных вод вследствие загрязнения, увеличение статической и динамической нагрузки на грунты способствуют интенсификации карстовых процессов, нарушающих несущую способность грунтов и приводит к провалам земной поверхности глубиной и диаметром в десятки и сотни метров.

При оценке степени закарстованности массива важно знать историко-геологическое развитие района. Формирование крупных карстовых форм начинается с поступления воды в трещины массивных или слоистых пород, где движение воды размывает породы и вырабатывает свободные полости. После этого процессы растворения сменяются процессами эрозии. В результате размыва и эрозии образуются провалы в форме шахт крупного сечения и пропастей.

Строительство в карстовых районах связано со значительными трудностями, так как карстовые породы являются ненадежным основанием. Размытие карстовых форм может вызвать недопустимые осадки или даже полное разрушение конструкций. В карстовых районах предусматривают строительство зданий малочувствительных к неравномерным осадкам.

Суффозией называется вынос отдельных частиц дисперсных горных пород подземными водами. Предпосылками возникновения суффозии является специфический (неоднородный) гранулометрический состав грунтов, при котором размер некоторых частиц меньше фильтрационного хода пор. В результате суффозии происходит увеличение пористости грунта, снижение их прочности и формирование полостей, что ведет к провалам на поверхности земли. Кроме механической суффозии часто выделяют и химическую. В отличие от карста, когда растворяется горная порода целиком, при химической суффозии происходит выщелачивание отдельных растворимых частиц и цемента дисперсного грунта и вынос подземными водами в составе растворов и взвесей за пределы толщи.

Депрессионные воронки формируются вокруг масштабных подземных (шахты, катакомбы, штольни) или сильно заглубленных поверхностных объектов (карьеры, разрезы). В результате интенсивной откачки подземных вод из этих объектов в толще и в верхней части грунтов образуются водопонижения предохраняющие их от затопления. Диаметр таких воронок может достигать нескольких километров и более. В зоне депрессионной воронки резко усиливается динамика подземных вод и обостряются негативные процессы, связанные с вышеописанными карстом и суффозией. Кроме того, откачка воды из горных пород снижает их прочность и несущие способности за счет резкого снижения внутрипластового давления. Все приводит к деформациям и провалам поверхности земли которые могут затрагивать площади в несколько км².

Подтопление грунтов весьма негативно и многогранно влияет на состояние окружающей среды и безопасность техносферы. Наиболее широкое распространение это явление имеет вокруг водохранилищ и населенных пунктов вследствие подъема уровня грунтовых вод (в одном из районов г.Ростов-на-Дону рост УГВ за 20 лет составил 15 м). Подтопление грунтов приводит к переувлажнению, заболачиванию, активизации оползней, селей (за счет уменьшения угла естественного откоса), суффозии, карста. В лессовых грунтах усиливаются просадочные явления, в глинистых – набухание. Сейсмическая балльность подтопленной территории возрастает. Кроме того, переувлажнение может приводить к засолению почв и ухудшению условий произрастания растений.

Остановить или предотвратить развитие опасных явлений связанных с подземными водами можно лишь имея полную информацию о строении грунтов и сеть мониторинговых скважин отслеживающих их состояние (уровень, химический состав, температуру, динамику и т.д.). Это особенно актуально в связи с тем, что методы восстановления несущей способности грунтов чрезвычайно дорогостоящи. Инженерная мелиорация грунтов заключается в бурении многочисленных скважин и закачки в них различных тампонажных и вяжущих растворов (глинистых, цементных, силикатных и др.), восстанавливающих прочность грунта. Причем, при необходимости укрепления грунтов под всем инженерным сооружением такие скважины необходимо бурить достаточно часто так как, распространение вяжущих растворов от ствола скважины, даже при закачке под большим давлением, не превышает первых десятков метров.

Контрольные вопросы к лекции 6

1. Что такое гранулометрический состав?

2. Поясните термины фильтрация и инфильтрация.

3. Дайте определение понятию «водоносный горизонт».

4. Оцените подверженность загрязнению грунтовых и межпластовых вод.

5. Что означает аббревиатура УГВ?

6. При каких условиях развивается суффозия.

7. Как образуются напорные воды?

8. Перечислите типы карста.

9. Поясните особенности формирования артезианских вод.

10. Чем определяется высота капиллярного поднятия?

11. Что такое выпотной режим?

12. Сформулируйте закон Дарси.

13. От чего зависит коэффициент фильтрации?

14. Расскажите классификацию подземных вод.

15. Что такое депрессионная воронка?