§ 2. Воздействия на горные породы и их массивы

Горные породы

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры, в той или иной степени претерпевают сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие воздействия.

Изменения, происходящие в породах при различных воз- Н п. I ниях, детально изучают. Это необходимо для прогноза пц (мчжного развития опасных геологических процессов, нега- I нпмо влияющих на экологическую обстановку.

I числу основных антропогенных воздействий на породы ни,н ятся: статические и динамические нагрузки, тепловое воз-

• и |вие, электрические воздействия и др.

статические нагрузки. Это наиболее распространенный вид

• и |м)погенного воздействия на горные породы. Под действи- ■I < гатических нагрузок от зданий и сооружений, достигаю- |н \ 1 МПа и более, образуется зона активного изменения гор- | > пород, достигающая глубин 70-100 м. При этом наиболь- |мг изменения наблюдаются: 1) в вечномерзлых льдистых по- | |.на участках залегания которых часто наблюдаются от- шнание, пучение и другие процессы; 2) в сильносжимаемых

трндах, например, заторфованных, илистых и др.

(инамические нагрузки. Вибрации, удары, толчки и другие ( амические нагрузки типичны при работе транспорта, удар­им . и вибрационных строительных машин, заводских меха­ми мов и т. д. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые Ц| и>уплотненные породы (пески, водонасыщенные лессы, торф й ф). Прочность этих пород заметно снижается, они уплотня­ли, и (равномерно или неравномерно), структурные связи иа- р; шлются, возможно внезапное разжижение и образование ипп шей, обвалов, плывунных выбросов и других неблагопри- ишых процессов.

Другим видом динамических нагрузок являются взры- 1ч I действие которых сходно с сейсмическими воздействиями. Горные породы разрушают взрывным способом при фоительстве автомобильных и железных дорог, гидротех­нических плотин, добыче полезных ископаемых и т. д. Очень и (Н го взрывы сопровождаются нарушением природного рав-

— возникают оползни, обвалы, осовы и т. п. Так,

353

но данным А. А. Махорина (1985), в результате взрыва многогранного заряда в одном из районов Кыргызстана при строи- ' п.стве каменно-набросной плотины на склонах образова- 1.Н I. зона нарушенных пород с трещинами от 0,2 до 1 м в

ширину и до 200 м в длину. По ним произошли смещении горных пород объемом до 30 тыс. м³.

Тепловое воздействие. Повышение температуры горных по род наблюдается при подземной газификации углей, в основа нии доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев тем пература пород повышается до 40-50 °С, а иногда и до 100 "С и более (в основании доменных печей). В зоне подземной гази фикации углей при температуре 1000-1600 °С породы спекакп ся, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства.

Как и другие виды воздействия, тепловой антропогенным поток влияет не только на состояние горных пород, но и на другие компоненты окружающей среды. Изменяются почвы, подземные воды, растительность.

Электрическое воздействие. Создаваемое в горных поро дах искусственное электрическое поле (электрифицированным транспорт, ЛЭП и др.) порождает блуждающие токи и поля, Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротнн ляемость и другие электрические свойства пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создают физическое загрязнение окружающей среды.

Массивы горных пород

Массивы горных пород и, в первую очередь их поверхност­ные толщи, в ходе инженерно-хозяйственного освоения под­вергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные ущербообразующие процессы, как оползни, карст, подтопление, просадочные процессы и др. Осо бенно легко подвержены опасным процессам массивы вечно мерзлых пород, так как они весьма чувствительны к теплово му антропогенному воздействию.

Оползни. Оползни представляют собой скольжение гор ных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки — фильтрационной, сейсмической или виб рационной. Для оползней характерно отсутствие вращения и 'ирокидывания смещающихся масс. Оползни — частое явле­ние на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусствен­ных выемок. Большой ущерб природной среде ежегодно нано- щ' оползневые процессы на берегах Черноморского побере- | ни Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих лругих рек и горных районов.

Оползни нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей 11 юды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов под­омных вод при их вскрытии, образование заболоченностей, на- I'мнение почвенного покрова, гибель деревьев и т. д.). Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического харак- 1сра, приводящих к значительным человеческим жертвам.

Карст. Геологическое явление, связанное с растворением иодой горных пород (известняков, доломита, гипса, каменной ' оли), образованием при этом подземных пустот (пещер, ка- исрн и др.) и сопровождаемое провалом земной поверхности, получило название карста. Массивы горных пород, в которых развивается карст, называются закарстованными. Карст ши­роко распространен в мире, в том числе и в России, в частности и Вашкирии, в центральной части Русской равнины, в При- .1111 арье, на Северном Кавказе и во многих других местах, где имеются растворимые горные породы.

Хозяйственное освоение закарстованных массивов горных пород ведет к существенному изменению природной среды. Кар- ' говые процессы заметно оживляются: образуются новые про­валы, воронки, колодцы и др. По данным Р. Ньютона (1984), и США только в штате Алабама произошло более 4000 искус- I I венно вызванных провалов и оседаний земной поверхности, • нязанных с активизацией карста. Отдельные воронки достигали н диаметре 50-60 м и глубины до 30 м. Образование провалов И воронок связывают с интенсификацией отбора подземных вод. Хктивизация карста отмечается и во многих районах России, и гом числе и на территории Москвы и Московской области. Ранее Москва считалась городом, где карстовые процессы за- |ухли и не проявляли себя на поверхности земли. Однако ин- I снсивный отбор подземных вод, а также динамические вибра­ционные воздействия транспорта и строительства, статические нагрузки и некоторые другие факторы (возможно, загрязнение- подземных вод) заметно усилили эти процессы.

Одним из важных направлений в сохранении окружающе природы является охрана карстовых пещер — уникальных па мятников природы (рис. 15.5). При массовых туристских посе щениях в них нарушается тепловой и водный режим, наблюда ется «таяние» сталактитов и сталагмитов и другие негативные изменения геологической среды.

Подтопление. Процесс подтопления — яркий пример от-

• пой реакции природной среды на действие антропогенных | -1к I оров. Впервые он привлек внимание при создании водо- 1¹1нилищ, когда уровень грунтовых вод по их берегам стал

Пм( гро подниматься.

В настоящее время под подтоплением понимают любое по-

пение уровня грунтовых вод до критических величин (ме-

ге одного-двух метров от поверхности земли).

Подтопление территорий весьма негативно влияет на при- | шую среду. Массивы горных пород переувлажняются и за-

• мчиваются. Активизируются оползни, карст и другие небла- чфиятные процессы. В лессовых глинистых грунтах возника- > I просадки, в глинах — набухание. Просадка в лессовых грун- • приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание в

I шнах — к неравномерному подъему зданий и сооружений. И результате сооружения испытывают деформации, вплоть до

0. 1НОЙ непригодности к эксплуатации. Это ухудшает экологи- | с кую обстановку в жилых и производственных помещениях,

•пи снижает производительность труда и даже может вызвать ||мммы и болезни у людей.

Па подтопленной территории возрастает сейсмическая Он шьность. Кроме того, в результате вторичного засоления почв | метается растительность, возможно химическое и бактери- | н.мое загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпи- н миологическая обстановка.

Причины подтопления разнообразны, но практически все-

0. 1.1 связаны с деятельностью человека. Это — утечки воды из "" Чземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных ч"31 — оврагов, асфальтирование и застройка территории, не- I' шиональный полив улиц, садов, скверов, барраж подземных ипд (т. е. задержка их движения глубокими фундаментами), фи чьтрация из водохранилищ, прудов-охладителей АЭС и др.

Сейчас в нашей стране подтопление территорий, особенно юродских, приняло массовый характер. В России подтоплено ш.ппе 900 городов и поселков городского типа, в том числе 1.1 кие города, как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новго- 1>1>д, Ростов-на-Дону, Волгоград, Новосибирск, Саратов и мно- | ие другие.

Вечная мерзлота. В ряде районов земного шара (севе]) Европы и Америки, север и восток Азии) толщи верхней части земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии. Их температура всегда ниже О °С. Такие породы называют веч померзлыми (или многолетнемерзлыми), а территорию — об­ластью вечной мерзлоты. На территории нашей страны веч номерзлые породы занимают около 64% всей площади. Про­исхождение вечной мерзлоты связывают с оледенением чет вертичного периода.

В последние десятилетия в сферу строительного освоения в районах вечной мерзлоты вовлекаются все новые и новые территории: север Западной Сибири, шельф арктических мо­рей, земли Нерюнгринского месторождения и многие другие.

Вторжение человека не проходит бесследно для хрупких природных экосистем Севера: разрушается почвенно-расти тельный слой, изменяется рельеф, режим снегового покро ва, возникают болота, нарушаются взаимосвязи и взаимо действия экосистем.

Проведенные исследования позволили выделить ряд ос­новных особенностей, обусловливающих хрупкость экосистем в области вечной мерзлоты (рис. 15.6). В первую очередь это очень небольшое видовое разнообразие организмов, по­скольку лишь немногочисленная группа отдельных видов способна приспособиться к существованию в условиях «веч ного холода». Движение машин, тракторов и другого вида транспорта, особенно гусеничного, разрушает покров из мха, лишайников и др., что также приводит к резкому снижению устойчивости экосистем и к их угнетению. Массовую гибель лишайников вызывает и малейшее загрязнение воздуха ди­оксидом серы.

Эндогенные геодинамические процессы — землетрясе­ния и вулканизм — вызывают весьма значительные смещения в массивах горных пород в земной коре, уничтожают живот­ный и растительный мир, приводят к многочисленным, а не­редко к катастрофическим человеческим жертвам и другим тя желым экологическим последствиям (подробнее об этих про­цессах см. в гл. 18).