Гілу процестері

Инженерлік-геологиялық зерттеу жұмыстары үгілу қыртысының қалыңдығы мен құрылымдық ерекшеліктерін анықтауды қажет етеді. Үгілу процесі деп жер қыртысын құрайтын тау жыныстарында табиғи жағдайда үздіксіз жүріп жататын физикалық, химиялық және биохимиялық әр түрлі әрекеттердің нәтижесінде (ыстық ауа мен салқын ауаның кезек алмасуы, жауын-шашын, су мен жел, ауадағы оттегі мен көміртегі қышқыл газының және әр түрлі қышқылдардың химиялық әсері, күн радиациясы тірі организмдер мен өсімдіктердің әрекеттері) байқалатын өзгерістердің жиынтығын айтады. Үгілу процестері физикалық (механикалық), химиялық және биохимиялық болып бөлінеді. Физикалық үгілудің негізгі себептеріне ыстық ауа мен салқын ауаның кезек алмасуы, басқаша айтқанда, темпера-туралық өзгерістер мен тербелістер, мұзданып қату, жылынып еру, гидратация - дегидратация және тұздардың кристалдануы жатады.

Химиялық үгілу процестері сілтілену, катиондық алмасу, тотығу, гидролиздік әрекеттер түрінде жүріп жатады.

Сонымен, үгілу қыртысы континенттік, субаэралдық жағдайда жер қыртысын құрайтын алғашқы заттардың жер бетінде үздіксіз жүріп жатқан физикалық, химиялық және биохимиялық әрекеттердің нәтижесінде өзгеріп-бұзылуынан барып пайда болады.

Физикалық үгілудің өзіндік ерекшеліктері:

1)үгіліп ұнтақталған материалдардың бір жерге шоғырланып
жиналуы;

2)үгінді ұнтақ бөлшектердің арасындағы байланыстардың толығымен немесе жартылай үзіліске ұшырауы және қуыс-кеуектердің ұлғайып көбеюі;

3) үгілу заттарының құрамындағы байланысты сулардың көбеюі.

Химиялық процестер өзіндік ерекшеліктерімен минералдардың қайта (үгілу әрекеттерімен байланысты түзілген қайталама минералдар) пайда болуына әкеліп соғады. Олар жақсы еритін (кальцит, гипс және т.б.) және ерімейтін (монтромориллонит, серицит, каолинит, галлуазит, опал, лимонит, боксит және т.б.) минералдарға бөлінеді. Химиялық үгілу нәтижесінде мынадай әрекеттер орын алады: 1)тау жыныстарының жұмсарып, жалпы босаңсуы; 2) каллоидтық заттардың пайда болуы; 3) қайталама минералдардың түзілуі; 4) үгінді жыныстардың гидрофильдік қасиетінің күрт өзгеріп, ұлғаюы; 5) үгілу зоналарында ерітінді тұздардың, мысалы гипс қабаттарының жиналуы; 6) үгілу заттарында рН көрсеткішінің жалпылама төмендеуі

Қоңыржай ылғалды, ылғалды және жылы субтропиктік аймақтарда химиялық үгілу басым келеді, ал аридтік, биік таулық және полярлық аймақтарда физикалық үгілу жиі байқалады.

Табиғи үгілу қыртысының қалыңдығы және оның құрылымдық ерекшеліктері

Инженерлік-геологиялық зерттеу кезінде Н.В. Коломенский үгілу қыртысын үш зонаға бөлуді ұсынады (жоғарыдан төмен қарай): I – дисперстік, химиялық-минералдық қайта түзілген, II – қат-қабаттық, III – жарықшақ зоналар.

I зона жер қыртысын құрайтын алғашқы заттардың (әр түрлі жыныстарының) минералдық-химиялық құрамының және текстуралық-структуралық қасиеттерінің толығымен өзгеріп қайта түзіліумен сипатталады.

II зонада тау жыныстарының азды-көпті химиялық ыдырап
бұзылуы, әсіресе физикалық дезинтеграцияның басымдағы байқалады.

III зонаның таралуы литогенетикалық және тектоникалық жарықтардың жиілігімен, сол секілді территориялық эрозиялық бөлшектенумен сипатталады.

Жас үгілу қыртысының қалыңдығы, әдетте жылдық тербеліс қалыңдығынан аспайтындығы белгілі Т° (10-15 м). Тау жыныстарының гидротермалық өзгерістерге ұшыраған түрлері (грейзендер, скарндар және т.б.) үгілу әрекеттеріне оп-оңай беріледі. Мысалы Есіл өзеніндегі Сергеев атындағы СЭС, (грейзендер қалыңдығы — 15 м).

Тау жыныстарының физика-механикалық қасиеттерінің өзгерістеріне және дезинтеграциялық көрсеткішіне қарай үгілу қыртысы үш зонаға ажыратылады.

«А» зонасы — аса пәрменді үгілу әрекетіне ұшыраған, соның нәтижесінде күшті бұзылып, тығыздығы азайған сілемдерді біріктіреді. Балғамен ақырын ұрып қарағанда тау жыныстары ірілі-ұсақты бөлшектерге ұнтақталады (мөлшері 10 см ұсақ плиткалар мен қиыршық тастар). Үгілу коэффициенті К_ү — 0,8 (үгілуге ұшыраған жыныс үлгісінің тығыздығының үгілу әрекетіне араласпаған жыныстың тығыздығына қатынас мөлшері). Жарықшақтың қуыстық шамасын көрсететін көлемдік коэффициент К_ж — 5 % болған жағдайда тау жынысы механикалық жолмен игеріледі. Мұндай жыныстарды бетонды бөгеттердің астына жіберу керек.

«Б» зонасы — орташа сақталған, үгілуге жартылай ұшыраған, тығыздығы азайған, жекешеленген жарықшақтары ұлғайып, үгілген жыныстарды қамтиды. Олар жартылай немесе толығымен ұсақ бөлшектермен толысады. К_ү=0,8-0,9 К_ж=2-5 %. Мұндай жыныстарды жартылай болса да бетонды-бөгеттердің астына жіберді. Инъекциялық жолмен бекітеді.

«В» зонасы — салыстырып айтқанда жақсы сақталған, жартылай ғана үгілу әрекетіне ұшырап, тығыздығы азайған жерасты алаптарынан тұрады. К_ү-0,9-1,0, К_ж=1~2 %. Бетонды бөгеттердің астына жіберуге болмайды.

Үгілу процесінің жылдамдығы және оның сипаты

Тау жыныстарының үгілу әрекетіне кедергісінің төмендігі мынадай себептермен байланысты: 1) олардың табиғи жағдайдағы және техногендік әрекеттермен байланысты жарықшақтағы; 2) белгілі бір тәртіппен (құрылымдық ерекшеліктеріне қарай) немесе белгілі бір бағытта созыла орнала-сқандығы (текстуралық ерекшеліктеріне қарай); 3) тау жынысын құрайтын минералдардың түйіршіктері арасындағы байланыстың әлсіздігімен және оңай бұзылған немесе тез ерігіш қосымша заттардың көптігімен (слюдалар, тез ерігіш тұздар және т.б.) байланысты.

Үгілу жылдамдығы мынадай формула арқылы анықталады:

Мұндағы:

а коэффициент үгілу процесінің орташа жылдамдығына тең.

Үгілу процесінің алғашқы белгісінен кейінгі бірінші жыл.

t — үгілу қыртысының берілген қалыңдығының қалыптасу уақыты.

t₀ — тау жынысының құрылыс оймасымен ашылған кезінен үгілудің алғашқы белгісі байқалған уақыт аралығы.

Үгілу жылдамдығына қарай тау жыныстары төмендегідей топтарға бөлінеді:

1)үгілуге оңай берілетін жыныстар;

2)үгілуге оңай берілмейтін жыныстар.

Бірінші тоқпа — литологиялық сазды жыныстар, аргиллиттер мен алевролиттер, сазды тақтатастар, полимикті құмтастар, қуыс-кеуекті және шыны тәрізді эффузиялық жыныстар, конгломераттар, брекчиялар, опокалар, мергелдер, ірі түйіршікті атпалы жыныстар (слюда, мүйіз алдамшасы) жатады.

Әсіресе, гидрослюдалар тобына жататын сазды минералдар үгілуге тез ұшырайды. Олар аргилиттің құрамында 70 %-ға дейін кездеседі. Мұндай минералдар жылына ондаған сантиметр жылдамдықпен үгілуге ұшырып отырады.

Екінші топқа қалған жыныстарды жатқызуға болады.

Еділ (Волга өзені) бойында орналасқан Саратов су-электр станциясының(СЭС) қазан шұңқырыңда жүргізілген зерттеу жұмыстары бетонды құрылыстың негізін құрайтын сазды жыныстардың үгілу әрекеттеріне тез беріліп, бұзылысқа ұшырайтындығын көрсеткен. Сазды жыныстардыңқұрамында шашырай таралған пирит минералының ұсақ түйіршіктері 5 % шамасында кездеседі, 60-70 % шамасында саздың және 30-40 % шамасында шаң-тозаң түріндегі бөлшектерден тұрады. Сонымен қатар олардың құрамында гидрослюдалар мен монтмориллонит минералы бірге кездеседі. Үгілу жылдамдығы екі ай аралығында 80 см екендігі анықталды.

Қазан шұңқырды қазып, оны бетондау арасындағы уақыт ай-ырмашылығы 1 сағатқа дейін қысқартылған жағдайдың өзінде, саздық жыныстардың, аргиллиттер мен алевролиттердің үгілу жылдамдығы орташа есеппен жылына 0,2-0,8 мм -ден 1,5 м -ге дейін жетеді екен (Иркутск СЭС-і).

Шөгінді және магмалық жыныстардың (Г.С. Золотаревтің есебі бойынша, 1969 ж.) үгілу дәрежесінің көрсеткіші мына төмендегідей коэффициент арқылы анықталады:

Мұндағы, Ғ — элювий көрсеткіші; Индекстер «Н» — үгілуге ұшырамаған, «О» — бағаланатын, А — түгел бұзылып, үгілуге ұшыраған.

Үгілу дәрежесінің көрсеткіші үгілу түрлеріне қарай төрт санатқаажыратылады:

1)өте күшті үгілген 0,9<Ү<1;

2)үгілген 0,7<Ү<0,9;

3)орташа үгілген 0,3<Ү<0,7;

4)сәл ғана үгілген 0<Ү<0,3.

Тау жыныстарының үгілу дәрежесінің көрсеткіші әр түрлі жағдайда (жамылғы қабатының бар-жоқтығына қарай байқалатын ашылмалардың тік беткейлік немесе экспозициялық және т.б. ерекшеліктерімен байланысты) әр түрлі шамада болуы мүмкін. Үгілу процесінің жылдамдығы үгілу қыртысының жоғарғы қабаттарының белгілі бір уақыт аралығында қалыптасқан қалыңдығы арқылы анықталады.

7.2. Эолдық процестер

Эолдық процестер шөлді және шөлейтті аймақтарда кең таралған. Әсіресе, Каспий теңізінің жағалауынан басталып, Тянь-Шань таулыаймақтарына дейінгі аралықта жиі байқалады. Мұндай аймақтарОрта Азияның 30 мыңдай шаршы аумағын қамтып жатыр. Эолдық процестерұйытқып соққан дауылды жел әрекеттерімен байланыстыбайқалады. Мұндай әрекеттердің нәтижесінде тау жыныстарықажалыпбұзылады да (коррозия), үгілу өнімдері шаң-тозаңдар түрінде жоғары көтеріліп ұшып-қонады (дефляция). Олардың қалыптасузаңдылықтарын зерттеу эолдық процестердің зиянды әсерінеқарсы күрес жүргізу үшін өте қажет.

Эолдық процестердің механизмі

Эолдық әрекеттердің жүруіне қажетті жағдайлар төмендегідей: 1) шаң-тозаңдар түрінде байқалатын өте құрғақ құмайттар мен ұсақ майда түйіршіктерден тұратын құмдардың болуы;2) жылдамдығы 4 м/сек. шамасында ұзақ уақыт бойы тоқтаусыз созылатын жел ағымдарының болуы; 3) құмды - шаң-тозаңдардың ұшып-қону әрекеттеріне қолайлы ашық жерлердің болуы.

Көшпелі құмдардың гранулометрлік құрамы біркелкі жұмырлығыменжәне 0,1-0,25 мм -лік (80-90 %) фракциялардың көптігімен, аз да болса 0,1-0,05 мм -лік түйіршіктердің (10-15 %) қатысуымен сипатталады. Құмдардың көшіп-қонуы жел әрекеттеріментығыз байланысты:

1)бетпе-бет тікелей әсер ететін қысым күші;

2)ауа ағымында байқалатын қысым күшінің күрт төмендеуі;

3)қас қағым уақыт ішінде әсерін тигізетін желдің соғу күші.
Құмды алаптардың орын ауыстырып көшіп-қонуы жер бетінен 2 м жоғары қабатта жүріп жатады.

Орын ауыстырып көшіп қонған құмды алаптардың шығыны төмендегідей формула арқылы анықталады:

Мұндағы,

Q — құмды алаптың 1 с ішінде 1 см -ге көшіп-қонуын көрсететін шығым мөлшері;

V — жер бетінен 1 м жоғары қабатта байқалатын жел жылдамдығы, см/сек;

– ауа ағымының тұтқырлық қасиетін (қоюлығын) көрсететін кинематикалық коэффициент, см ²/ сек;

g – ауырлық (салмақ) күшінің үдеулік шамасы, см/сек ²;

– топырақ тығыздығы, г/см ³;

п — құм түйіршіктерінің ірілі-ұсақтығына, салмағына және түр-си-патына қарай жіктелуін бейнелейтін көрсеткіш.

Топырақ құрамының 0,05 мм -ден ірі бөлшектері 60-70 % болған жағдайда п=2+1g(g)+1g( _п), ал егер олар 60-70 %-дан көп болса, онда п=1+1g(g)+1g().

Эолдық рельеф пішіндері желдің басты бағытына сәйкес қалыпты жағдайда орналасады. Жер жүйесі эолдық пішіндердің қалыптасу бағытын анықтайды. Егер соғатын желдің басты бағытымен қалыптасқан эолдық түзу пішіндердің арасындағы бұрыштың шамасы 30°-тан кем болса, онда құм түйіршіктерінің көшіп-қону бағыты құмды төбелер (барханды) алабын бойлай айқын байқалады.

Құмды төбелі алаптардың және т.б. аккумулятивтік эолдық пішіндердің беткі қабаттарында ауа ағымдарының пульсациялық әсері нәтижесінде құмды толқын пайда болып, оның іздері жақсы сақталады. Өте күшті жел соққан жағдайда (13-16 м/сек.) ірі құм түйіршіктерінен тұратын жолақтар түріндегі құрылымдар түзіледі. Құмды төбелердің (бархандардың) көшіп-қону жылдамдығы жылына 30-40 м-ге дейін жетеді.

Көшпелі құмды төбелердің сулану режимі. Құм тауларда топырақ суларының деңгейі көбінесе 20-25 метрлік тереңдікте орналасады.

Құмды алаптардың орташа ылғалдылығы 2-3 % шамасында, ал оның жоғарғы қабаттары құрғақ күйде болады. Құмды тауаралық ойыстарда ылғалдылық мөлшері ұлғайып, кейде қалқыма сулар (маусымдық жерасты сулары) пайда болуы мүмкін. Шаң-тозандар түріндегі топырақ шөгінділері дауылды жел соққанда ұшып-қонып, орын ауыстыруға бейім тұрады. Мұндай шөгінділер биіктігі 3000 м шамасында қашықтығы 3000 км аралықта ұшып-қонып, борпылдақ шөгінділердің (лесс шөгінділерінің) түзілуіне әкеліп соғады.

Сусымалы құмдардың қозғалысы өте қауіпті. Олар қозғалғандаегістіктерді, каналдарды, жолдарды, жеке үйлерді, елдімекендерді басып қалады. Көшпелі құмдардың мұндай зиянды әрекеттерінеқарсы ұдайы күрес жүргізу қажет. Бұл мақсатта қолданылатынбірнеше тәсілдер бар: 1) көшпелі құмдардың қозғалуынатосқауыл болатын өсімдік жамылғысы арқылы оларды бекітуге болады. Ол үшін құмды ортаға тез бейімделіп, тамырын тереңжаятынбұталы өсімдіктер мен биік өсетін шөптер отырғызу керек, әсіресе, сексеуіл отырғызу аса тиімді; 2) құмды төбелердіңқозғалыс бағытына кесе көлденең келетін, биіктігі әр түрлі қалқандарорнатуға болады. Бірақ желдің соғу бағыты жиі өзгеріп отыратынаудандарда, бұл әдіс тиімді бола бермейді; 3) көшпелі құм таулардың жоғарғы бетін әр түрлі эмульсиялар арқылы (мысалы: битум, цемент немесе сұйық шыны және т.б.) бекітуге болади; 4) құмды таулардың жоғарғы беткі қабатының құрамын әртүрліорганикалық заттар арқылы (мысалы, торф және т.б.) өзгертіп, одан кейін барып ағаш отырғызуға болады.

Мұндай аймақтарда орын алған инженерлік-геологиялық мәселелертөмендегідей:

1)көшпелі құм таулардың литологиялық құрамын, көлемін анықтапжәне эолдық пішіндердің таралуын сипаттау;

2)құмды төбелер мен дөңдердің (дюна) жоғарғы беткі қабаттарыныңылғалдылық жүйесін және белгілі бір микрорелъефпен байланыстыкездесетін топырақ суларының орны мен тереңдігін анықтап, сипаттап жазу;

3)көшпелі құмды төбелердің және т.б. эолдық пішіндердің түр сипатын және жүйе ерекшеліктерін анықтау.

7.3. Суффозия және қабатаралық шайылулар

Суффозия деп (латынша suffossio — қазу) жерасты суларының эрозиялық әрекеттеріне қарсылығы шамалы қабатаралық жыныстардың механикалық жолмен шайылып, ағып кетуін айтады. Суффозиялық әрекеттер әсіресе лесс түрлес топырақ қабатында және өте майда ұсақ түйіршікті құмды қабаттар арасында жиі байқалады (мысалы, Орта Азия, Красноярск жерінде және Еділ бойында). Мұндай әрекеттердің нөтижесінде жер бетіндегі топырақ қабаты төмен қарай шөгіп отырады.

Суффозиялық процестер техногендік әрекеттермен байланысты өте жедел дамиды:

а) әр түрлі жағдайда, жерасты суларының бұлақ көздерін ұзақ уақыт бойы пайдалану;

б) су қоймаларын жасау немесе канал суларын пайдалану барысында қашпа сулардың көбеюі және т.б. жағдайлармен байлынысты.

Карст-суффозиялық әрекеттер табиғи жағдайда ұсақ, майда түйіршікті құмдар мен ізбесті тас, гипс, секілді оңай ерігіш цементтен тұратын құмтастар арасында (мысалы, Еділ бойында) көптеп кездеседі.

Цемент ерітінді түрінде ағып кетеді де, ал құмтастың жекеленген ұсақ бөлшектері механикалық жолмен орын ауыстырады. Осындай жолмен жер астында карсттық үңгірлер мен қуыстар пайда болады.

Кейде тектоникалық бұзылу әрекеттеріне ұшыраған сазбалшықты жыныстар арасында сазбалшықты карст немесе «псевдо-карст» деп аталатын шайылыстар (мысалы Еділ бойы мен Сочи жағалауында) байқалады.

Бұл процесс үгілу қыртысында жиналған сілтілі тұздардан басталып, 20 метрлік тереңдікке дейін механикалық шайылу әрекетіне (суффозия) ауысады. Мәскеу метро қүрылысының алғашқы тармағын жүргізу барысында, бір жыл ішінде сумен бірге 6000 м³ шамасында құмды-сазды материал шығарылған екен. Мұндай жағдай шахталардан, терең карьерлерден және қазан шұңқырлардан су айдаған кезде жиі байқалады. Аса биік су бөгеттері мен қалқандар тұрғызғанда сүзілген су қорын жоғалтудан бұрын, суффозиялық әрекеттермен байланысты тау жыныстарының механикалық қасиеттерінің өзгеруі мүмкін екендігіне қауіптену керек. Мұндай жағдайды болдырмау үшін В.С. Истомина сүзілу ағысының аумалы градиент шамасы (J) мен құмды жыныстардың біркелкілік көрсеткіші арасындағы қарым-қатынастыескеру керек деп санайды. Фракциялар арасындағы қатынас d₆₀/d₁₀. Бұл қатынас біркелкілік көрсеткіші 5-тен 20-ға дейін өзгеретінжағдайда ғана дұрыс деп саналады. I — бұзылыс аймағы; II — қауіпсіздік градиент аймағы (65-сурет).

Дата добавления: 2015-08-31