Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Гравитационные процессы

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3
Типы гравитационных процессов 4

Водно-гравитационные процессы 8
Гравитационно- водные процессы 12
Подводно- гравитационные процессы 15
Водно- склоновые процессы 16
Гравитационные процессы на склонах 17

Вывод 18
Использованная литература, электронные ресурсы 19

Введение

Гравитационные процессы— процессы изменения поверхности Земли под действием силы тяжести. Гравитационные геологические процессы выражаются в перемещении горных пород по поверхности Земли под непосредственным действием силы тяжести из возвышенных участков в пониженные. Отложения, формирующиеся в результате гравитационных процессов, называются коллювиальными . К ним относятся обвалы, камнепады, снежные лавины, оползни, медленное сползание и течение грунтов. Обваливание и осыпание происходят на склонах, крутизна которых более угла "естественного откоса" (35-38°). В горах обвалы достигают крупных размеров — до 1-1,5 км3 . Осыпание — постоянный процесс, пульсирующий по интенсивности (обычно увеличивается весной при снеготаянии, а также при землетрясениях). Скорость денудации при осыпании в зависимости от крутизны склонов (за длительный отрезок времени) изменяется в пределах 1,5-0,05 мм в год.

Гравитационные процессы оказывают решающее влияние на формирование рельефа, иногда на образование месторождений полезных ископаемых — солей, нефти и т.д. Проявление гравитационных процессов учитывается при расчёте углов откоса в карьерах, определении устойчивости сводов подземных выработок, при строительстве насыпей, дамб и др. Возможное нежелательное проявление гравитационных процессов вынуждает применять специальные меры — различные виды крепи в выработках, покрытие связующими растворами, посадка определённого вида растений на участках, создающих опасность для ведения горных работ, и др.

ТИПЫ ГРАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Гравитационные геологические процессы выражаются в перемещении горных пород по поверхности Земли под непосредственным действием силы тяжести из возвышенных участков рельефа - в пониженные. Эти процессы наблюдаются на склонах гор, береговых морей, на наклонном морском дне, речных склонах, в связи с чем их часто называют склоновыми процессами. Горные породы обычно находятся на поверхности Земли в устойчивом равновесии. Но в тех случаях, когда они соприкасаются сбоку или снизу с воздушной или водной средой, они легко могут быть выведены из состояния равновесия. Причиной нарушения равновесия могут послужить: землетрясения, дополнительная нагрузка на годную породу, например, обвалившиеся массы горных пород, удаление пород в основании склона в результате подмыва рекой (эрозия), морем (абразия) или разнообразные виды геологической деятельности человека. Все эти факторы приводят к тому, что горные массы начинают двигаться. Их движению способствует все, что выравнивает поверхность склона (ветер и т.д.), разрушает связи между минералами в породе (физическое в органическое выветривание), уменьшает трение между поверхностью склона и движущимся телом (подземные воды и т. п).

Итак, гравитационные процессы заключаются в разрушении горных пород, происходящем главным образом в верхних частях склона, перемещении разрушенного материала вниз по склону (основная часть процесса) и накоплении массы горных пород в пониженных частях склона и у его подножия. Горные породы, участвующие в гравитационных процессах, образуют отложения, именуемые коллювием (лат. «коллювио»— скопление). Коллювиальные отложения состоят из разнообразных по составу и размерам обломков пород: глыб, щебня, песков, алевритовых и пелитовых частиц. Характерна слабая сортировка материала, отсутствие или слабая, чаще линзовидная, слоистость, очень изменчивая мощность. Современный коллювий может быть рыхлой или слабо сцементированной породой.

Гравитационные перемещения совершаются быстро, мгновенно, например, обвал, камнепад, или весьма медленно - крип.

Большую роль в гравитационных процессах играют подземные воды. Они выщелачивают и вымывают отдельные минералы под землёй, образуя пустоты, и ослабляют связи между выше- и нижележащими слоями пород, смачивают поверхность глинистых пород, делают ее скользкой, что так же способствует движению поверхностных масс. Поверхностные воды, напитывая рыхлые и полурыхлые массы, также нарушают их внутренние связи и способствуют их перемещению в виде вязких или жидких потоков вниз по склону (оплывины, сели), и, наконец, воды океанов, морей, озёр и водохранилищ обуславливают перемещения по дну.

Таким образом, в гравитационных процессах и формированиях коллювиальных отложений участвуют различные факторы, однако главными являются сила тяжести (гравитационный фактор) и вода (аквариальный фактор).

По роли воды гравитационные процессы можно разделить на четыре категории:

Собственно гравитационные
Водно-гравитационные
Гравитационно-водные
Подводно- гравитационные

Внутри каждой категории выделяются различные типы, которые можно объединить в определенные группы.

Таблица 1

Классификация гравитационных процессов

Категория	Группа	Тип
Собственно-гравитационные	Провальная Обвальная Криповая	Мгновенные провалы Обвалы простые и сложные, оползнеобвалы, камнепады, вывалы, осыпи Просадка, крип склоновый
Водно-гравитационные	Оползневая	Оползни: глыбовые, блоковые, террасовидные, цирковидные
Гравитационно-водные	Оползне-потоковая	Оползневые потоки, оплывины, грязекамневые потоки, или сели, лахары
Подводно-гравитационные	-	Подводные обвалы, подводные оползни, мутьевые потоки

Собственно гравитационные процессы разделяются на три группы:

провальные и обвальные, быстро, мгновенно совершающиеся
медленные, именуемые крипом.

Предварительным условием провальных процессов является наличие подземных пустот и полостей. Породы, нависающие над этими полостями, проваливаются под действием силы тяжести. Непосредственной причиной провала может служить землетрясение, взрыв, увеличение нагрузки над «крышей» провала. Часто случаются провалы в заброшенные горные выработки: шахты, штольни и т. п. Величина смещения, размеры и форма провалов целиком зависят от объемов подземных пустот. Вследствие провалов на поверхности Земли образуются ямы, колодцы, котловины и другие отрицательные формы рельефа. В горных выработках на больших глубинах обвалы кровли не отражаются на поверхности Земли. Вывалы характерны для подземных карстовых полостей — пещер и т. д. Описанный тип вертикальных гравитационных перемещений совершается быстро, часто мгновенно, катастрофически.

Вторая группа собственно гравитационных явлений (обвальные) развивается на отвесных обрывистых склонах. Параллельно обрыву здесь часто закладывается система трещин отседания. Трещины под воздействием физического выветривания (при замерзании воды и др.) расширяются. Отделенный от коренного массива блок слегка наклоняется в сторону склона и под действием силы тяжести продолжает отрываться, а затем блок или его части опрокидываются на поверхность склона. Породы дробятся и на склоне возникает обвальный коллювий. Очень часто отделившийся по трещине блок обваливается последовательными порциями. Происходит сложный многофазовый обвал. Обвалом называется процесс отрыва от основной массы горной породы крупных глыб и последующего их перемещения вниз по склону. Обвальные отложения сложены крупнообломочным материалом.

Крупные обвальные массы распадаются на множество обломков разных размеров, движутся вниз по склону, откладываются у подножья склона или по инерции продолжают перемещаться по дну долины.

Обвалы могут быть грандиозными, особенно когда они вызваны землетрясениями.

Причиной наиболее крупных обвалов являются землетрясения. Иногда обвальное тело (коллювий), спустившись по

склону в долину, начинает подниматься вверх по противоположному склону на значительные расстояния. Высказывается предположение, что крупная обваливающаяся масса захватывает воздух» спрессовывает его и затем скользит как на воздушной подушке.

Обвальные явления развиваются на отвесных обрывистых склонах. Параллельно обрыву часто закладывается система трещин. Трещины под воздействием физического выветривания расширяются. Отделенный от коренного массива блок слегка наклоняется в сторону склона и под действием силы тяжести продолжает отрываться, а затем блок или его части опрокидываются на поверхность склона. К такому типу гравитационных явлений относятся: обвалы, оползнеобвалы, вывалы, осыпи и камнепады.

К гравитационным явлениям относятся также камнепады (отрыв и перемещение отдельных камней) и

осыпи (рис.1)— перемещение по склону щебня и мелких обломков горных пород.

Образование осыпей связано преимущественно с физическим выветриванием. У классически выраженной осыпи различают осыпной склон и конус осыпи. Осыпные конусы могут сливаться друг с другом. К ним примешивается грубообломочный обвальный материал. В результате у подножья склона образуется сплошной шлейф из крупных и мелких обломков породы. Движение обломков на осыпных склонах продолжается до тех пор, пока уклон поверхности не станет меньше угла естественного откоса. С этого момента начинается аккумуляция обломков, формируется конус осыпи. Одна из особенностей строения коллювиальных отложений заключается в том, что наиболее крупные обломки продвигаются дальше всего по аккумулятивной части осыпного склона и слагают подножье осыпей - это называется гравитационной дифференциацией.

Рис. 1. Схема строения осыпи: а—в плане, о-в разрезе.

1- осыпной шлейф; 2 — осыпные лотки; Д — скальные породы; стрелки — направления осыпания обломков; пунктир — условные горизонтали

Третий тип собственно гравитационного процесса — крип.

Глубинный крип - это медленное перемещение поверхностных дезинтегрированных отложений как в глубь Земли
Склоновый крип- это перемещение в виде просадок и прогибов, так и вниз по склонам возвышенностей. Крип обусловлен уплотнением рыхлых пластичных пород на глубине (лёсса, глины).
Криогенный крип - образование разуплотненного вещества вследствие таяния и замерзания воды, выщелачивание отдельных минералов,
Антропогенный крип - отток подземной воды в связи с откачками, извлечением нефти, газа и т. п.

Рис.2 Обвал горы

В результате крипа на поверхности формируются плоские блюдцеобразные котловины, оголенные склоны с холмистыми нагромождениями коллювия у их подножий и т. п.

ВОДНО-ГРАВИТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

К этой категории относят наиболее широко распространенные перемещения земляных масс на склонах, называемые оползнями. Оползни - это перемещение земельных масс на склонах, они относятся к водно-гравитационным процессам.

Таблица 2

Перечень основных факторов-процессов возникновения оползневых явлений

Природные факторы

Техногенные факторы

Характер и результаты воздействий

I группа факторов, изменяющих свойства горных пород, слагающих склон или откос

Выветривание пород	Разрушение пород строительными, горными и другими работами	Уменьшение прочности пород за счет изменения их физического состояния
Увлажнение природными водами	Увлажнение техногенными водами	Уменьшение прочности пород за счет их разуплотнения, набухания и размокания
Изменение температуры пород	Оттаивание ММП при разработке МПИ и эксплуатации сооружений	Разрушение цементационных связей, уменьшение прочности
Суффозионный вынос	Фильтрационный вынос (выпор)	Уменьшение плотности и прочности песчано-глинистых пород
Вековая ползучесть ГП	Продолжительность эксплуатации откосного сооружения	Реологические изменения, уменьшение прочности
Выпадение цементирующих соединений из природных растворов	Техническая мелиорация ГП

II группа факторов, изменяющих напряженное состояние горных пород приоткосного массива

Эрозия и абразия	Подрезка природных склонов	Увеличение угла наклона склонов и откосов, возрастание сдвигающих усилий
Изменение базиса эрозии	Углубление выемки	Увеличение высоты склонов и откосов, возрастание сдвигающих усилий
Изменение уровня грунтовых вод	Осушение карьерных полей	Формирование гидростатического и гидродинамического давлений воды
Затопление атмосферными осадками и поверхностными водами	Затопление и подтопление при строительстве гидротехнических сооружений	Формирование гидростатического и гидродинамического давлений воды
Пригрузка склонов делювием и обвальными массами	Статическая и динамическая нагрузка от сооружений и транспорта	Возрастание сдвигающих усилий, формирование порового давления
Землятресения	Наведенные землетрясения, промышленные взрывы	Возрастание сдвигающих усилий, формирование порового давления
Аккумуляция аллювиально-делювиальных отложений	Террасирование, подпорные сооружения	Увеличение удерживающих усилий. Возрастание коэффициента устойчивости

В оползневых перемещениях могут участвовать крупные блоки твердых горных пород (блоковые оползни) и отдельные глыбы (глыбовые оползни), сохранившие первичную текстуру; менее прочные слоистые трещиноватые горные породы; рыхлые — раздробленные склоновые накопления коллювиального, делювиального, почвенного происхождения. Оползневым процессом может быть охвачен весь склон или его часть, долины оврагов, образующие оползневой район.

В верхней части оползневого района различают: крутые вогнутые стенки — стенки отрыва оползневых тел, выровненный участок склона - ложе оползней, или поверхность скольжения и оползневые тела.

Рис. 3 Строение оползня

Ложе оползня (Рис. 3) — это часть склона, по которой движется оползень. Чем круче наклон ложа, тем интенсивнее движение оползневого тела. Оползание происходит, начиная с наклона 5°, а на дне водоемов — 1°.

Оползневое тело (Рис.3 ) может иметь различные размеры и форму. Чаше всего оно ограничено сверху ровной или бугристой площадкой, наклоненной внутрь склона, и обрывистым бугристым склоном во фронтальной части, обращенной в направлении движения оползня.

В тех случаях, когда площадка имеет ровную поверхность, вытянута параллельно склону, оползневое тело сходно с речной террасой (террасовидный оползень). Часто поверхность оползневого тела в плане напоминает полуцирк (цирковидный оползень). Также тело оползня может скользить сплошными массами, сохраняющими первичную текстуру (блоковые оползни). Глыбовый оползень сползает неравномерными глыбами, не сохраняющими первичную текстуру.

Оползневым процессом может быть охвачен весь склон или его часть, долины оврагов, образующие оползневый район.

Оползневые тела движутся по сравнению с обвальными значительно медленнее. Отдельные части оползневого тела движутся с различной скоростью.

Наиболее часто оползни возникают на склонах, сложенных чередующимися водоупорными (глинистыми) и водоносными породами (например, песчано-гравийными, трещиноватыми известняковыми). Развитию оползней способствует такое залегание, когда слои расположены с наклоном в сторону склона или в этом же направлении пересечены трещинами. В сильно увлажнённых глинистых породах оползни приобретает форму потока. В плане оползни часто имеет форму полукольца, образуя понижение в склоне, называется оползневым цирком. Продольный разрез и строение оползня показано на рис.1) При активном развитии оползневых процессов на одном и том же склоне могут образовываться последовательно несколько оползней. В этом случае формируется ступенчатый оползневой склон с более-менее выраженными в рельефе так называемыми оползневыми террасами.

Террасовидный оползень - случай, когда площадка имеет ровную поверхность, вытянута параллельно склону, оползневое тело сходно с речной
Цирковидный оползень - случай, когда поверхность оползневого тела в плане напоминает полуцирк

Когда оползень спускается вдоль оврага, оползневое тело имеет вытянутую языкообразную форму. Оползень обычно движется по глинистым породам, служащим водоупором для водоносного горизонта и поэтому обильно смоченным водой. Вода нарушает связи между ложем и вышележащими породами и тем самым способствует развитию оползневых процессов. Поэтому оползни следует рассматривать как водно-гравитационные явления.

Оползневые тела движутся по сравнению с обвальными значительно медленнее. Так, установлено, что крымские оползни перемещались в год на расстояние от 100 до 0,1 м, причем это движение было неравномерным: фазы быстрого движения сменялись фазами медленного движения или даже длительного покоя. Отдельные части оползневого тела движутся с различной скоростью, что вызывает образование трещин, внутренних стенок отрыва; в блоковых и глыбовых оползнях с этим связываются многочисленные более мелкие обвалы, а иногда и полный развал твёрдых пород ползущего блока; подобные оползни, обваливающиеся в процессе движения, относят к обвально-оползневому типу. Возникновение оползня или активация оползневого процесса могут вызываться разными причинами и ведут к проявлению оползней различных типов. Усиление давления на верхнюю часть оползневого тела вызывает оползни детрузивного типа. При разгрузке нижней части склона – создании там полостей, в которые оползневое тело смещается последовательно расположенными сегментами,- образуются деляпсивные (свободно скользящие) оползни.

В случае, если подмыв склона связан с морскими волнами, оползни относят к абразионному типу. При разрушении подножия склонов долин рекой образуются эрозионные оползни, при землетрясениях возникают сейсмогенные оползни, при геологической работе человека в оползневом районе появляются искусственные, или антропогенные оползни.

На интенсивно подмываемом правом берегу реки Волга развиваются абразионные процессы. Переработка берегов сопровождается оползнями, осыпями, обвалами, оживлением овражной эрозии. Абразионно-оползневые процессы развиты по высоким правобережным склонам водохранилища в районе населенных пунктов: Нариман, Ключищи, Ташевка, Нижний и Верхний Услон. Переработка берегов происходит в той или иной степени вдоль всей линии побережья водохранилища (протяженность абразионных процессов составляет около 37 км), но защитные дамбы сооружены лишь на ограниченных участках (Верхний Услон).

Дополнительные поступления воды на ложе оползня в период таяния снегов, ледников, после сильных и продолжительных дождей почти всегда активизируют оползневый процесс. Размеры и объемы оползневых тел бывают различны, иногда грандиозны.

В настоящее время процессы оползнеобразования характерны для овражных и балочных склонов, а так же террасовых уступов рек Кадышево- Щербаковского учебного геологического полигона.

Во всех случаях особенности строения, параметры оползневых тел контролируются крутизной и высотой склона, а также физико-механическими свойствами грунтов. Последние определяются не только литологическим составом, но и величиной естественной влажности, значение которой сильно варьирует в течение года. Поскольку высота склонов незначительна (как правило, до 5 м), а крутизна практически всегда превышает 30°-40°, максимальный объём оползневых тел не превышает 15-20 м3, составляя обычно первые кубометры. Глубина захвата и ширина оползневой террасы редко превышают первые метры. Оползни в плане имеют фронтальную форму. По механизму смещения - это оползни скольжения, по типу поверхности смещения большую часть оползней можно отнести к асеквентным. Как правило, такая поверхность является круглоцилиндрической, что связано с преобладанием в разрезе грунтовых массивов супесчано-суглинистых грунтов.

Также участки проявления оползней прослеживаются по берегу реки Волга, по склонам речных долин, по бортам оврагов, развиваются в отложениях четвертичной, неогеновой, пермской систем, характеризуются значительным или полным изменением структуры смещающихся масс или блоковым смещением пород, происходят на склонах различной крутизны. Оползание связано с переувлажнением пород подземными, поверхностными талыми и дождевыми водами. Оползни широко развиты в виде ступеней, бугров по крутым склонам речных долин (балок)

южной и западной экспозиций.

Площадная пораженность территории Верхнеуслонского муниципального района оползневыми явлениями составляет около 4142 га (3 % площади), что характеризует их как «опасные» в соответствии со СНиП 22-01-95 «Геофизика опасных природных воздействий».

Участки развития оползневых процессов являются не пригодными для строительства и требуют сложных инженерных мероприятий, как во время строительных работ, так и в период эксплуатации сооружений. Противооползневые мероприятия заключаются в проведении планировочных работ, регулировании поверхностного и подземного стока, создании дренажей, укреплении склонов и оползневых тел различными методами.

Геолого-литологическое строение и гидрогеологические условия обусловили развитие на крутых склонах в эрозионных врезах (оврагов) по правому берегу р.Челна развитие оползневых процессов. Причинами оползневых явлений служат предельная крутизна склонов, наличие в разрезе слоев со слабыми прочностными характеристиками, значительная обводнённость, колебания уровня подземных вод, искуственная подрезка склонов.

При подъеме уровня воды в Нижнекамском водохранилище до НПУ 68,0 м усилится подмыв коренных пород в основании берегового склона р.Челна, что приведет к дальнейшей активизации склоновых эрозионных процессов, поэтому необходимы исследовательские работы по выявлению оползнеопасных участков, организация предупредительных мер и противооползневых мероприятий.

ГРАВИТАЦИОННО - ВОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

К этой категории относятся гравитационные явления, в формировании которых вода как подземная, так и поверхностная (атмосферная) играет существенную роль. Твердый материал при этом процессе оказывается разрушенным (дезинтегрированным) и перемещается уже не способом обрушения или сползания (скольжения), как в предыдущих процессах, а способом сплывания, течения «твердого» потока. В этой категории гравитационных явлений различают следующие типы: оползневые потоки, оплывины, селевые грязекаменные потоки, потоки вулканогенных пород (лахары) и др. Обычно оползневой процесс этой категории наиболее интенсивен в периоды таяния снегов или сильных дождей. Вода пропитывает горные породы, нарушает связи между отдельными частями или даже отдельными зернами породы. Породы разжижаются и начинают стекать вниз по склону. Так образуются оползневые потоки, движущиеся обычно вдоль долины реки или ручья.

В оползневом потоке основная масса вещества теряет первоначальную текстуру, и поэтому после отложения и высыхание коллювий представляет собой скопление отдельных комков земли, среди которых лишь местами сохраняются мелкие оползневые

тела, не утратившие первоначальную текстуру. Поверхность оползневого потока всегда бугристая, форма оползневого тела эллипсовидная, сильно вытянутая. За сходство по форме с долинным горным ледником такое тело

иногда называют глетчерным оползнем. В нижней части при выходе из долины глетчерный

оползень веерообразно расширяется.

Мелкие грязевые потоки, не уходящие далеко от истоков называют оплывинами.

Сель – временный поток смеси воды и большого количества обломков горных пород от глинистых частиц до крупных камней и глыб, внезапно возникающий в руслах горных рек и лощинах. Сели возникают на Северном Кавказе, в некоторых районах Урала, Восточной Сибири и Дальнего Востока. Селевой поток рождается после длительных и обильных дождей, интенсивного таяния снега или ледников, прорыва водоемов, землетрясений и извержений вулканов. Он возникает внезапно, движется с большой скоростью и проходит чаще всего несколькими волнами за время от десятков минут до нескольких часов. Крутой передний фронт селевой волны может быть высотой до 15 м и более. Грохот и рев движущегося селевого потока слышен на больших расстояниях.

Рис.4 – Схема строения селевого потока

1 – верхний слой почвы; 2 – непроницаемый грунт; 3 – полость селя; 4 – сель; 5 – веерообразный селевой поток.

По составу селевой массы сели бывают грязекаменные, грязевые, водокаменные и вододресвяные, а по физическим типам – несвязные и связные. В несвязных селях транспортирующая среда для твёрдых включений – вода, а в связных – водногрунтовая смесь. По механизму зарождения сели подразделяются на три типа: эрозионный, прорывной и обвально-оползневый.

Селевые потоки (Рис. 4) являются крайней формой в ряду гравитационно-водных явлений. Их называют мурами. В развитии селей основную роль играет поверхностная вода: дождевая, ливневая, а также речная, в меньшей мере — подземная. В зависимости от размерности переносимого материала селевые потоки разделяются на грязекаменные, которые в равной степени насыщены и мелкими и крупными обломками; водно-каменные с преобладанием крупных обломков пород — валунов, глыб и грязевые потоки с резким преобладанием тонких глинистых частиц. Селевые потоки движутся с большой скоростью и появляются внезапно. Во фронтальной части потока сгруживается твердый материал, и край потока образует крутую стену.

Рис. 5. Отложения селевого потока

Селевой коллювий — это несортированная разнообломочная порода с преобладанием в одних случаях валунов, глыб, щебня, в другом - глин, песка, почвы (Рис.5) . Иногда в грубом коллювии, расположенном в устьевой части ручья, происходит вторичная сортировка материала, связанная с вымыванием из него водами ручья мелких частиц и отложением их ниже по течению. Нередко наблюдается глинистый сель, обусловленный тем, что размываемый склон сложен мелкообломочными породами.

Гравитационные процессы 📙 Курсовая → 🆔 65733