Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Сентября 2014 в 21:38, реферат
В настоящее время по результатам многочисленных наблюдений, выполненных сотрудниками различных научных и производственных организаций, установлено, что устойчивость сооружений в криолитозоне зависит от геокриологических процессов, которые возникают или активизируются под влиянием строительных работ и собственно сооружений. В связи с этим существует проблема оценки эффективности упреждающих мероприятий, проводимых с целью превращения или ограничения негативного воздействия этих процессов на грунты основания.
Обеспечить здесь устойчивость земляного полотна можно путем создания условий для ликвидации (промерзания) таликовой линзы. С этой целью можно применить снегоочистку земляного полотна, покрытие бермы слоем торфа и укладку противофильтрационной пленки на полотно дороги. Моделирование этих мероприятий дало следующие результаты. При снегоочистке в течение 10 лет произойдет полное промерзание талика. Глубина сезонного оттаивания грунтов насыпи в этом случае будет составлять 4,0-4,5 м, т. е. грунты насыпи будут ежегодно оттаивать полностью, а грунты основания -- на глубину до 0,5 м. Следовательно, можно полагать, что данное мероприятие будет вполне эффективно в борьбе с пучинами.
Обеспечить устойчивость земполотна, очевидно, можно, прекратив переток поверхностных вод через насыпь, путем создания «мерзлотного барьера» слева под бермой (шириной 5 м). Для этого можно использовать засыпку бермы слоем слабовлажного торфа мощностью 1,0 м. При оценке эффективности торфяного покрытия в задачу вводилось также пленочное покрытие полотна дороги. Результаты решения задачи показаны на рис. 4, из чего следует, что через 5 лет под бермой талик мощностью 2 м полностью промерзнет, глубина сезонного оттаивания грунта под отсылкой не превысит 0,5 м (уже через полтора года существования отсыпки глубина оттаивания сократится до 1,2 м). Таким образом, с помощью торфяной отсыпки решается задача создания «мерзлотного барьера» на пути фильтрации поверхностного стока.
Укладка пленки в качестве теплового регулятора недостаточно эффективна. Как видно, снятие отепляющего влияния инфильтрации. Атмосферных осадков слабо сказывается на темпе многолетнего оттаивания пород в оснований насыпи. Так, за 5 лет кровля многолетнемерзлых пород н центре опустится на 1,5 м, а за 10 лет при отсутствии пленки она понизится на 3 м.
Учитываю опасность формирования водонасыщенных таликов на трассе дороги (из-за интенсивного пучения грунтов в зимнее время), было целесообразно оценить влияние потепления климата на тепловое состояние грунтов (задача 6). Оценив два-три кратковременных; летних потепления, которые по метеоданным часто наблюдаются в регионе. Результаты решении задачи показали, что за три теплых года кровли многолетнемерзлых пород понизится в центре земляного полотна на 1,5 м (считая от ее положения, зафиксированного в 1991 г.), в основании левого откоса -- на 1,0 м и на 0,5 м в основании правого. В полосе отвода и на участках с ненарушенными условиями глубина сезонного оттаивания пород в теплые годы увеличится на 0,5 м. Очевидно, что и изменения могут привести к более интенсивному проявлению наблюдаемых здесь эрозионных, суффозионных и просадочных процессов.
Таким образом, сравнивая результаты моделирования мероприятия. направленных на ликвидацию таликов в основании насыпи и в полосе отвода, являющихся причиной развития опасных деформаций на дороге, можно прийти к следующим выводам. На участке 1 в течение десяти лет бесконтрольно произошли настолько существенные изменении инженерно-геокриологических условий, что предотвратить опасные просадки земполотна с помощью относительно простых, доступных и дешевых мероприятий (засыпка озера грунтом, теплоизоляции мерзлых грунтов торфом) не представляется возможным. Положительного эффекта можно достигнуть только с помощью сложного комплекса мероприятий. Исследования показали, что первоочередным мероприятием должно быть осушение образовавшейся термокарстовой котловины. Для спуска озера необходимо углубить русло дренирующего ручья примерно на 2 м. Нормальное функционирование водоотвода может быть обеспечено созданием водоприемной воронки диаметром 10-15 м и глубиной на 0,5 м ниже дна озера. При этом борта воронки следует укрепить каменной наброской. Так как термокарстовые процессы привели к просадке пологонаклонного водораздела, произошел перехват значительной части поверхностного стока в термокарстовую западину, что еще больше способствовало ее обводнению. Устранить это явление можно путем сооружения дамбы длиной около 120 м при ширине 8-10 м и высоте 2-2,5 м. Для промораживания грунтов в основании бермы должны быть также использованы термосваи на отрезке длиной 65 м.
На участке 2 результаты прогнозных расчетов показали эффективность применения снегоочистки и теплоизоляционных материалов на берме для ликвидации деформаций земляного полотна. Несмотря на то что снегоочистка в качестве самостоятельного мероприятия позволяет добиться устранения пучин земляного полотна, эффект от ее применения полностью проявится только через 10 лет. Поэтому для ускорения процесса «лечения» земляного полотна целесообразно провести отсыпку теплоизоляционного покрытия (воздушно-сухого верхового торфа или пенопласта) на поверхности бермы. Это позволит перехватить поток поверхностных и надмерзлотных вод в грунты основания земляного полотна и таким образом, дренировав их, ликвидировать пучины на данном участке.
Полученные результаты показывают эффективность выполненных прогнозных расчетов для разработки противодеформационных мероприятий, обеспечивающих стабильную, долговременную устойчивость земляного полотна.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Поступила в редакцию 21.03.94
ГЕОЭКОЛОГИЯ
Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология
С 1995 г. В. Е. АФАНАСЕНКО, Л. С. ГАРАГУЛЯ, Е. Н. ОСПЕННИКОВ,
Т. А. НИСТРАТОВА
РАЗВИТИЕ ОПАСНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЦЕНТРАЛЬНОМ УЧАСТКЕ БАМ
В статье дан сравнительный анализ развития геокриологических процессов на трассе БАМ в предпостроечный период и на протяжении первых 3--5 лет эксплуатации железной дороги. На основе материалов натурных наблюдений предложен подход к оценке степени опасности процессов по характеру и скорости деформации земляного полотна.
Как показали работы целого ряда исследователей и выполненные обследования, строительство и первые годы эксплуатации Байкало-Амурской железной дороги вызвали существенную перестройку пересекаемых трассой геокриологических систем, выразившуюся в развитии новых или активизации существующих в предпостроечный период геокриологических процессов. Эти процессы явились причиной возникновения деформаций земляного полотна и нарушения нормальных условий эксплуатации железной дороги, вплоть до аварийных ситуаций. Поэтому для определения причин деформирования пути и выбора противодеформационных мероприятий большое значение имеет оценка особенностей развития и проявления инженерно-геокриологических процессов на трассе с анализом причин активизации процессов, существовавших до сооружения железной дороги и возникших вновь после него.
Такой анализ должен включать в себя: а) изучение особенностей проявления и развития геокриологических процессов в естественных условиях, в конкретных типах геокриологических обстановок; б) характеристику нарушений природных условий, связанных со строительством и эксплуатацией железной дороги; в) оценку степени опасности отдельных видов инженерно-геокриологических процессов для нормальной эксплуатации трассы БАМ.
Средой развития экзогенных геологических процессов и явлений (ЭГПЯ) на БАМе служат многолетнемерзлые, промерзающие или оттаивающие горные породы. Поэтому разнообразие ЭГПЯ и их динамика тесно связаны с геокриологической спецификой территории -- типами геокриологических обстановок (ТГО). На исследованном участке Байкало-Амурской магистрали (Тында -- Зейск) выделяется шесть основных типов ТГО. В целом геокриологические условия трассы характеризуются преимущественно сплошным распространением многолетнемерзлых пород (ММП) мощностью от 7-10 до 40- 60 м при среднегодовых температурах от 0 до -2,5°.
Закономерности распространения мерзлых толщ определяются, с одной стороны, современными условиями теплообмена на поверхности, а с другой -- величинами теплового потока снизу, из талой зоны в мерзлую. Интенсивность последнего на рассматриваемой территории в значительной степени зависит от водообильности подмерзлотного водоносного горизонта и наличия (или отсутствия) непосредственного контакта воды с мерзлыми породами. Анализ имеющихся материалов свидетельствует о том, что в пределах данного участка трассы подмерзлотный водоносный горизонт практически повсеместно контактирует с мерзлыми толщами. Близкое к поверхности залегание подмерзлотных вод и их высокая водообильность препятствуют глубокому многолетий промерзанию пород и формированию мощных толщ ММП. Однако обильность подмерзлотного горизонта в пределах территории неравномерна, определяется в основном положением участка в рельефе и степенью трещиноватости пород.
Наиболее мягкие геокриологические условия характерны для обширных залесенных междуречий, сложенных с поверхности четвертичными аллювиально-делювиальными образованиями. Мощность MMП, имеющих здесь преимущественно прерывистое распространение, не превышает 10-15 м и среднегодовых температурах от 0 до --0,2°. По достаточно узким зонам тектонических нарушений, служащих каналами для движения подземных вод, мощность ММП уменьшается до 7-10 м. При разработке глубоких выемок на таких участках происходило полное удаление ММП и под основными площадками выемок вскрывались талые породы.
В пределах междуречий, обычно заболоченных, сложенных с поверхности древними корами выветривания, формируются ММП мощностью 15--30 м при среднегодовых температурах -0,2 до 5°. Такое увеличение мощности ММП на водоразделах, сложенных корами выветривания, вызвано более дисперсным составом и большей влажностью рыхлых грунтов, а также заболачиванием поверхности. Талые подмерзлотные грунты при строительстве вскрывались только самыми глубокими выемками.
Близкий тип геокриологической обстановки с прерывистым распространением ММП мощностью 15-30 м характерен для склонов южной экспозиции. Наиболее сухие, крутые и незалесенные участки склонов южной экспозиции сложены талыми породами сквозных и несквозных таликов радиационно-теплового типа.
Верхним и средним частям склонов остальных румбов отвечают ТГО:
со среднегодовыми температурами -1,5-5 2° и мощностью ММП 30-40 м, иногда до 50 м. Такое увеличение мощности ММП связано с влиянием экспозиции, дисперсным составом и высокой влажностью развитых на поверхности делювиальных отложений.
Следует отметить, что отмеченные выше типы ТГО отличаются большой мощностью слоя сезонного оттаивания (промерзания для таликов), меняющейся от 2 до 5 м.
В пределах нижних частей и подножий склонов, сложенных делювиальными шлейфами и делювиально-пролювиальными конусами выноса, сформировался ТГО Д. Для него характерны низкие среднегодовые температуры (-2 ÷ -2,5°) и сплошное распространение ММП мощностью 40-60 м. Благодаря высокой заболоченности поверхности и торфянистому составу отложений глубина сезонного оттаивания здесь не превышает 1-1,5 м.
Наконец, в днищах речных долин, где абсолютно преобладает геоморфологический уровень I надпойменной террасы, отмечаются наиболее суровые геокриологические условия. Среднегодовая температура пород здесь составляет -2 ~-3°, а глубина сезонного оттаивания резко превышает 0,5-0,6 м. В то же время мощность ММП, как правило, снижается до 30-40 м вследствие отепляющего влияния контактирующих подмерзлотных вод, циркулирующих по разломным зонам.
Анализ распространения и интенсивности проявления в ненарушенных условиях экзогенных геологических процессов и явлений, в том числе геокриологических, выполненный на основе изучения их развития в пределах основных типов геокриологических обстановок, показал, что в предпостроечный период на исследованной территории преобладали преимущественно процессы слабой интенсивности, но имевшие широкое площадное распространение (заболачивание, делювиальный смыв).
0
Для типов геокриологических обстановок А и В характерно практически полное отсутствие проявлений экзогенных геологических процессов. Исключение составляет старые гари и отдельные пониженные участки междуречий, где развивается заболачивание грунтов. Заболоченные земли на таких участках отличаются небольшой мощностью (до 0,2 м) и прерывистым залеганием торфяного горизонта. Ряд признаков изменения состава растительного покрова лесов свидетельствует о прогрессирующем развитии заболачивания (в районах ТГО А и В).
В районах ТГО Б заболачивание является ведущим экзогенным геологическим процессом. Заболоченные земли занимают здесь около 50% общей площади. Заболачивание этих территорий связано с очень пологими склонами и выровненными поверхностями междуречий, слагающими основную часть территории, а также с составом кор выветривания, обладающих слабой водопроницаемостью из-за наличия в них линз и прослоев глин.
Чрезвычайно ограниченным площадным распространением отличаются районы ТГО Г, где встречаются немногочисленные термоэрозионные и эрозионные формы (преимущественно промоины, реже мелкие овраги), приуроченные к свежим гарям. На таких участках зачастую эрозионные образования встречаются вместе с поверхностями делювиального смыва, расположенными выше по склону.
Сравнительно широко развиты экзогенные геологические процессы и явления в районах с ТГО Д. Процессы заболачивания делювиальных и делювиально-солифлюкционных шлейфов привели к образованию на этих поверхностях обширных болот низинного и переходного типа (осоково-кочкарниковых, пушицевых, осоково-гипновых и др.) с мощностью торфа до 1 м. На незаболоченной части этих районов ведущая роль принадлежит процессам делювиального смыва и аккумуляции, образующим покровы и шлейфы у подножий склонов. Для последних характерны влажные поверхности со следами струйчатого размыва и полосами стока. Ложбины и полосы стока представляют собой едва заметные линейно вытянутые понижения с очень плавными переходами к основной поверхности склона. Нередки случаи, когда при выходе к уступам террасовых уровней ложбины и полосы стока превращаются в широкие промоины с глубиной вреза до 1,5 м и отвесными бортами. В их устьях формируются относительно крупные конусы выноса.
Наибольшим распространением пользуются экзогенные геологические процессы и явления в пределах ТГО Е. Отличительной особенностью этих территорий является их практически повсеместная заболоченность. Верховые болота -- одно из самых распространенных образований, обусловленное выровненностью рельефа, муссонностью климата и близким залеганием кровли ММП. Голоценовый период развития этих болот сопровождался образованием горизонта высокольдистых торфов мощностью до 3-4 м и более, содержащих включения сегрегационно-инъекционных и повторно-жильных льдов, вертикальной мощностью до 3-5 м. В основном к верховым болотам приурочены и наиболее ярко выраженные проявления термокарста, являющегося в естественных условиях следствием низовых пожаров и естественной динамики и смены моховых и лишайниковых покровов. Глубина термокарстовых озер и западин обычно не превышает 2-3 м при площадных размерах не более 100 м. К болотным массивам приурочены торфяные миграционные бугры пучения, часто имеющие сложную лопастную и овальную формы при относительной высоте 0,2-0,5 м. Ядро бугров отличается высокой льдистостью и преимущественно атакситовой и линзовидно-слоистыми биогенными текстурами. Миграционные бугры, как правило, являются сезонами образованиями, связанными с промерзанием сезонно-талого слоя (СТС) в пределах зарастающих мочажин различного генезиса. Реже встречаются многолетние миграционные бугры пучения, образующиеся при промерзании талых болотных массивов, формирующихся при заболачивании старичных озер. Инъекционные бугры пучения наблюдаются главным образом в долинах рек и ручьев. Они образуются на участках, где до конца промерзания существует возможность подтока надмерзлотных вод или вод более глубоких горизонтов (обычно аллювиальных вод таликов). Видимая мощность инъекционных бугров в естественных условиях редко превышает 1 м при такой же мощности ледяного ядра. Как правило, инъекционные бугры пучения сопровождают наледи. Последние не пользуются широким распространением. По размерам преобладают мелкие и средние наледи с мощностью льда от 0,5 до 2 м. В образовании наледей участвуют воды грунтово-фильтрационных таликов, реже надмерзлотные воды СТС, все наледи являются однолетними.