Оценка карстовой пораженности и прогноз развития карстовых провалов на осваиваемых территориях

 

Для оценки  степени закарстованности горных пород могут служить данные о водопритоках в горной выработке, являющиеся дренами для вмещающих карстованных массивов. На месторождениях в карстовых породах, разрабатываемых подземным способом на глубинах от 200 до 1500 метров средние водопритоки в систему горных выработок достигают 5-16 тыс. м3/ч, а максимальные значения превышают 50 тыс. м3/ч.

Оценка устойчивости закарстованных территории осуществляется по приведенной выше квалификации СНиП (табл 2.), а прогноз –с использованием детермированных и стохастических моделей.

 

2.2 Типы карстов

Основные типы карстов по литологическому признаку:

1. карбонатный карст (известняковый, доломитовый, меловый) распространен достаточно широко. В естественных условиях процесс карстообразования происходит медленно. Активизация карстовых процессов возможна при увеличении скоростей фильтрации подземных вод и при повышении их агрессивности. Очень большую опасность среди карбонатного карста представляет меловый.
2. Сульфатный карст (часто встречается в сочетании с карбонатами, поэтому бывают сульфатно-карбонатные, ангидрит, гипс)- распространен достаточно широко. Развивается быстрее, чем карбонатный.
3. Соляной карст (хлоридный)_ в благоприятных гидрогеологических условиях развитие его ограничено. В основном проявляется в кровле и краевых участках залежей. Вследствие нарушения гидрогеологического баланса процесс карстообразования сильно активизируется.

Следуя определениям Ф. П. Саваренского, И. В. Попова и Д. С. Соколова и учитывая современное состояние изученности проблемы в инженерной геологии, карст следует рассматривать как комплекс природных и природно-техногенных процессов и явлений аномального изменения физического состояния твердых горных пород в результате их растворения и выщелачивания природными и техногенными водами с образованием поверхностных и подземных пустот разной формы и размеров. В зависимости от состава карстующихся пород, растворимость которых в природных условиях находится в отношении 1; 1Q2: 104, карст бывает карбонатным, сульфатным и соляным. По времени образования карст делится на древний и современный. Карстовые формы характеризуются большим разнообразием (табл. 3) и рассматриваются для двух сред: для растворимых пород и пород, покрывающих их.

 

 

 

 

 

Основные карстовые формы (по Д. С. Соколову, 1962)

Таблица 3

Класс (по месту проявления карстовых форм)	Карстовые формы	Процессы, обусловливающие развитие карстовых форм
В растворимых породах
Поверхностные	Карры субаэральные	Растворение метеорными водами и эрозия на       крутых склонах
	Карры и каверны рифов	Растворение при участии морских вод
	Ниши Воронки:	Растворение н выветривание с участием подмыва
	выщелачивания	Растворение
	провальные Долины:	Растворение и обрушение
	слепые	Растворение и эрозия
	полуслепые	Эрозия и растворение
	Котловины и ПОЛЯ	Эрозия, растворение, обрушение
Подземные	Колодцы, шахты и пропасти	Растворение, обрушение, эрозия
	Закарстованиые грешины	Растворение
	Пещеры, каналы и прочие полости	Растворение в сочетании с  подземной эрозией и обрушением
	Каверны и вторичная пористость	Растворение
В нерастворимых породах
Поверхностные	Карстово-суффозионные воронки, карстово-эрозионные овраги	Суффозия с выносом материала в подземные карстовые полости
	Карстово-эрозионные поля	Эрозия с выносом ее продуктов в подземные карстовые полости
Подземные	Карстово-суффозионные провальные шахты и воронки, карстово-суффозионные каналы и полости	Суффозия с выносом материала в одземные карстовые поля, обрушеиие

 

 

В практике строительства наземных и подземных сооружений разного значения ведется оценка и прогноз карстовой опасности в системе карст-сооружение. По определению карстовая опасность включает характер и степень воздействий карстовых деформаций на породный массив и сооружение, которые могут привести к затруднению освоения картованных территории. Для прогноза карстовой опасности используются критерии провалообразования.

 

Генетическая классификация карстовых провалов 
(по В. В. Толмачеву, Ф. Ройтеру, 1990)

Таблица 4

Тип	Основные условия провал ообразования	Основные процессы механизма  провалообразования
Карстово-обвальные	Наличие карстовой полости Достижение полостью критического пролета Отсутствие постоянного или периодического водонасышения нескальных грунтов в покровной толще	Обрушение непосредственной кровли карстовой полости (в частном случае, всей покрывающей толщи) Последовательное (по мере развития полости) возникновение сводов равновесия с образованием в покрывающей толще промежуточных полостей или разуплотненных зон Выход свода на поверхность или его разрушение Уположение склонов провала до их стабильного состояния
Карстово-суффозионные	Наличие полости или сильнотрещиноватой зоны    Наличие постоянного или периодического водонасыщения нескальных грунтов в покрывающей толще Наличие гидравлической связи между грунтовыми и трещинно-карстовыми водами Превышение напора грунтовых вод над напором трещинно-карстовых	Сдвижение водонасыщенных грунтов в полости и трещины под действием фильтрационных сил (суффозия) Формирование разуплотненных зон и полостей в водонасыщенных грунтах Разжижение песчаных грунтов и истечение их в Полости и трещины Последовательное образование сводов равновесия в толще над водонасыщенными грунтами Выход свода на поверхность или его разрушение Уположение склонов провала до их стабильного состояния
Карстово-суффозионно-обвальные (смешанные)	Наличие карстовой полости Достижение полостью критического пролета Наличие постоянного или периодического Водонасыщения нескальных грунтов в покрывающей толще	Обрушение непосредственной кровли карстовой полости (в частном случае, всей покрывающей толщи) Последовательное, по мере развития полости, возникновение сводов равновесия с образованием в покрывающей толще промежуточных полостей или разуплотненных зон Сдвижение водонасыщенных грунтов в полость под действием гравитационных и фильтрационных сил Формирование разуплотненных зон и полостей в водонасыщенных грунтах Разжижение песчаных грунтов и истечение их в полости трещины Последовательное образование сводов равновесия в толще над водонасыщенными грунтами Выходы свода на поверхность или его разрушение Уположение склонов до их стабильного состояния

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

3.1 Расчет показателей карстовой пораженности

 

По приведенным выше формулам рассчитываем степень карстовой пораженности нашего участка объемным и площадным способом, а также определим категорию устойчивости территории по СНиП 1.02.07-87

для начала по построенной карте участка в горизонталях, определим площади всех 4 карстовых воронок ( территория с абсолютными отметками менее 150 метров).

 

=1820м2

= 760м2

= 9400м2

= 23000м2

Умножаем эти площади на соответствующие их центральным скважинам интервалы провала инструмента (из таблицы данных) и получаем объемы карстовых пустот для каждой из воронок.

= 1820*10=18200м3

= 760*5=3800м3

= 9400*4=37600м3

= 23000*7=161000м3

 

Рассчитываем площадной показатель карстовой пораженности участка,  в %:

 

Рассчитываем объемный показатель карстовой пораженности, в %:

 

 

Рассчитываем показатель карстовой пораженности:

Рассчитываем средний диаметр провалов. Он приблизительно равен 260м>>20 м.

Сравним характеристики нашего участка по СНиП 1.02.07-87

Отсюда сделаем вывод, что территорияотносится ко II категории устойчивости (неустойчивая).

 

На рассматриваемой территории карст наиболее ярко представлен поверхностным типом. Карстовые воронки приурочены к наибольшим понижениям рельефа. Несмотря на равнинный рельеф (развитие карста не столь быстро, как в горноскладчатых районах), строительство на данной территории недопустимо, особенно без проведения мероприятий по укреплению грунтов. Так же известняки являются породами, наиболее склонными к карстовой пораженности, особенно учитывая наличие водоносного горизонта приуроченного к данным породам. Хотя карст развит не повсеместно, на 17% площади, что само по себе является значительным, возможно дальнейшее расширение пораженности, в связи с тем, что данная территория является зоной развития активной формы карста, это обуславливает четкие границы развивающихся образований. Объемный показатель карстовой пораженности (0,57%), характеризует территорию как пораженную еще и в разрезе, а неравномерность распространения провалов по глубине обуславливает дальнейшее протекание негативных процессов. Показатель карстовой пораженности говорит о сгруппированном распространении карста на территории, проиуроченн6ом к 4 максимальным понижениям местности.

Все породы обуславливают II категорию устойчивости, к которой относятся эти породы по СНиП 1,02,07-87 и характеризующую их как неустойчивую.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Исходя из полученных данных инженерно-геологические условия этот участка не пригодны для строительства связанного с расширением компрессорного завода, так как на нем залегают  известняки с высокой степенью карстовой пораженности. Для того чтобы строительство зданий и сооружений завода было возможным, необходим тампонаж карстовых полостей и разрушенных массивов, песчано-глинисто-цементным раствором,  для уменьшения  водопритоков и увеличения устойчивости закарстованных пород.

Также считаю необходимым провести дополнительные мероприятия- архитектурно планировочные работы по разнопольному размещению сооружений, исходя из степени карстовой опасности, а также конструктивные мероприятия распространенные в строительной практике, согласно со СНиП.

Помимо прочего нужно максимально ослабить влияние человека на рост интенсивности карстового процесса. В первую очередь это гидроизоляция водопроводящих сооружений и строительство эффективных защитных сооружений и организация водоотлива при строительстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Иванов И. П., Тржцииский Ю. Б. Инженерная геодинамика. — СПб.: Наука, 2001. — 416 с.
2. Р.Ф. Абдрахманов, В.И. Мартин, В.Г. Попов, А.П. Рождественский,А.И. Смирнов, А.И. Травкин. КАРСТ БАШКОРТОСТАНА- г. Уфа ; 2002 Табл. 20, илл. 66.
3. М.О.Зуева, И.П.Иванов., «Инженерная геодинамика» Методические указания по выполнению курсовой работы.,Спб,2005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1. Исходные данные

Таблица 5

№ № скв.	Абс.отм. устья, м	Мощность морены, м	Мощность известняков, м	Мощность галечника, м	Интервал провала инстумента, м	Глубина уровня подз. Вод, м
1	165	35	35	60	-	50
2	158	25	30	50	25-30	30
3	162	36	32	68	-	40
4	158	20	25	58	30-40	32
5	160	32	35	56	-	42
6	153	23	30	53	25-30	53
7	163	33	25	58	-	43
8	150	19	29	30	25-35	45
9	160	28	27	55	-	40
10	148	15	30	43	20-30	28
11	160	30	25	50	-	55
12	150	12	30	40	35-40	48
13	158	25	20	52	-	55
14	149	10	15	40	20-25	40
15	156	18	15	35	22-28	42
16	155	20	18	45	-	52
17	152	15	12	42	-	55
18	146	10	12	35	18-22	50
19	153	18	20	40	-	58
20	140	12	15	23	18-25	38

 

Примечание: во время бурения с промывкой не удалось точно зафиксировать состав, мощность и состояние заполнителя трещин в карстовых пустотах.

Породы	Плотность, г/см3	RQD	Консистенция	с, Мпа	ⱷ, 0	R, Мпа	Е, Мпа
Морена	2,05		Тв. и п/тв	0,1	22	8,0	18,0
Известняки	2,6	28%		1,5	28	25,0	85,0

 

Приложение 2. Карта рельефа местности промплощадки

Приложение 3. Аксонометрическая проекция геологического строения промплощадки